系統動力學結課作業-基于MATLAB的

帶鋼卷取電液控制系統的研究

姓名：

王紫民

流水號：學號：

專業：

機械工程

日期：

2014.05.10

基于MATLAB^鋼卷取電液伺服控制系統的分析

一、課題研究內容

隨著當今技術的不斷革新，軋鋼的生產已經向自動化、連續化、高速化方向 發展，而電液控制系統已成為現代軋鋼設備重要組成部分。尤其在張力控制、位

置控制和速度控制上優勢非常明顯。本課題以一種卷取跑偏電液控制系統為例， 基于MATLA分析電液伺服控制系統的性能。

電液伺服系統是指電氣和液壓兩種控制方式結合起來組成的控制系統。在這

種控制系統中，用電氣元件實現信號檢測、傳遞和處理。用液壓傳動來驅動負載。 其優點是利用電氣的方便性、智能性以及液壓系統響應速度快，負載剛度大的特 點，使系統更具適應性、穩定性。

在帶鋼卷取過程中經常出現跑偏現象，引起跑偏的原因有張力不適當或張力 波動較大、輥系的不平行度和不水平度、輥子偏心或有錐度、帶鋼厚度不均、浪 形及橫向彎曲等，跑偏控制系統其作用就是使帶鋼在準確位置上運動， 避免跑偏 過程過大損壞設備或造成斷帶停產。本次就是針對電液伺服機對帶鋼卷取機跑偏 的控制系統的研究。

二、電液伺服控制系統組成及原理

該控制系統由液壓能源、電液伺服閥、伺服液壓缸等主要組件構成。

P

4

tA—

L

~T^

J y

C

1

」-

圖1帶鋼卷取跑偏控制系統原理圖

1-鋼帶卷2-卷筒3-光電檢測器4-PLC控制器5-伺服放大器6-電液伺服

閥7-能源裝置8-伺服液壓缸9-卷取機

該系統原理是帶鋼跑偏位移式系統輸入量，卷筒的跟蹤位移為輸出量。輸入 量與輸出量的差值經光電檢測器檢測后，經PLC控制器控制、伺服放大機將信號 放大，放大的頻率信號驅動電液伺服閥動作， 進而控制伺服液壓缸驅動卷取機的 移動。液壓能源為整個系統工作提供足夠的能量。

該系統控制系統框圖如下：

跑偏位移0—

跑偏位移

0—

PL(控制器

伺服閥

液壓缸

跟蹤位移

X|_

i丨

圖2控制框圖原理圖 帶鋼卷取電液伺服系統主要設計數據如下： 帶鋼運行速度 V =5m/s，糾偏調節速度Vp = 0.025m/s，工作行程L - _75mm， 系統頻寬fb = 2 ~ 3Hz，鋼卷邊部誤差e = (1 ~ 2)mm，慣性負載m^ 2.75 104kg

三、建立數學模型

電液伺服閥

控制系統中采用的是TR-h7、20EF型動圈雙極滑閥位置反饋式電液伺服閥，其

主要技術參數為：

J^0.3A，供油壓力巳=4.5Pa，額定流量q^ 0.5 10‘m3/s

流量增益計算為：

TOC \o "1-5" \h \z 33

—蟲』5 10 m化佃1。冷3/業)(1)

AiR0.3A

認定液壓源壓力R恒定，不計液壓油慣性，已知伺服閥峰值時間為tp、0.035s，

最大超調量M p : 9.5%，過渡時間ts : 0.06s，伺服閥可以看做二階振蕩環節， 可得其固有頻率Wn =112rad /s，阻尼比按經驗去液壓.=0.6，得到伺服閥傳遞 函數為：

(2)1.67 10’ 1122s22 0.6 112s 1122

(2)

Ql (s)是負載流量，厶I(s)是電流放大器輸出的電流

液壓缸-負載

液壓缸技術參數：活塞直徑D = 0.125m，活塞桿直徑d = 0.06m，活塞行程

L二75mm ,液壓缸有效工作面積A^ 9.45 10~m2 ,系統總的壓縮容積

Vt =2.48 10-m2，取液壓油的等效彈性模量 亠=7 108 Pa，其固有頻率為

Vtmt4 7 1 0

Vtmt

4 7 1 08(9.45 1 02)2

:2.48 10；2.75 104

rad / s 二 60.5rad / s

(3)

液壓缸的阻尼比?在跑偏系統中取.=0.2 o 由于是慣性負載，液壓缸-負載環節傳遞函數為

21 / ApW

2

1 / ApWn

G(s)'簽\十歸

13 60.52

9.45 10

3 2 2

S3 2 0.2 60.5s2 60.52s

(4)

Xp(s)是液壓活塞的位移，Ql(s)是負載流量，

本例中忽略了光電檢測器和電流放大器的數學模型， 主要考慮機械傳動部件的函 數傳遞關系，但在仿真中應補充光電控制器的傳遞函數，本題中光電檢測器增益 暫且取為Ki =120A/m，再由式(2)和(4)得控制系統框圖如下：

X (s)Xp

X (s)

Xp(s)

圖3控制系統框圖 該閉環系統的傳遞函數為：

G(s)G(s)‘ =1201.67 10； 112

G(s)G(s)‘ =120

1.67 10； 1122s22 0.6 112s 1122

1

9.45 10”

60.52

s3 - 2

總結

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