冷連軋機軋制力伺服控制系統(tǒng)仿真分析課件

1、1450冷連軋機軋制力伺服控制系統(tǒng)仿真分析班 級：09級機控二班小組成員：宋旭通、張文輝 楊 森、孫永海指導(dǎo)老師：張 偉、權(quán)凌霄、姚靜2022/8/91電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析軋機簡介 軋機是實現(xiàn)金屬軋制過程的設(shè)備。 可按軋制品種、軋機型式和公稱尺寸來命名。 具體知識可參照百度百科。2022/8/92電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析軋機簡介直拉式可逆冷軋機拓普XGK軋機進口20輥軋機特厚板軋機軋機軋輥軋機機組2022/8/93電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析研究目的通過本課題的研究，我們要重點掌握以下知識點1、力控制系統(tǒng)設(shè)計方法；2、閥控缸力控制系統(tǒng)建模；3、系統(tǒng)穩(wěn)定性、穩(wěn)態(tài)精度、響應(yīng) 速度分析方法及影

2、響因素； 4、PID 控制的基本原理；2022/8/94電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計參數(shù)1、任務(wù)書給出的各項參數(shù)序號參 數(shù) 項參 數(shù) 值單 位備 注1最大負載力750t2伺服缸行程30mm3液壓油源恒壓油源恒壓變量泵4工作壓力25MPa5有桿腔背壓3MPa6油液密度850Kg/m37油液粘度32mm2/s7工作溫度409壓力檢測范圍0-40MPa9壓力檢測輸出有桿腔壓力傳感器4-20 mA2022/8/95電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計參數(shù)2、與負載相關(guān)的參數(shù)10軋機結(jié)構(gòu)負載剛度11活塞及負載折算到活塞的總質(zhì)量t12最大壓下速度13返程最大速度14活塞及負載的粘性阻尼系數(shù)15動態(tài)響應(yīng)2022

3、/8/96電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程伺服缸等系統(tǒng)元件參數(shù)設(shè)計、電 液伺服閥 、伺服放大器選型；2) 建立閥控缸力控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；3) 采用MATLAB 及SIMLINK 軟件仿真模型；4) 分析得出1450電液伺服軋制力控制系統(tǒng)的 時間響應(yīng)曲線和頻率響應(yīng)曲線，得出該系 統(tǒng)的頻寬。2022/8/97電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析壓下力控制簡圖1450冷軋機軋制力伺服控制系統(tǒng)，以力作為被調(diào)量。該系統(tǒng)主要由液壓泵、放大器、溢流閥、電液伺服閥、液壓缸、壓力傳感器等組成。 當指令裝置發(fā)出的電壓信號經(jīng)放大器放大后控制伺服閥的動作，進而控制液壓缸輸出力，該力由壓力傳感器檢測轉(zhuǎn)換為反饋信號，與指令信號

4、相比較，得到偏差電壓信號。此偏差信號經(jīng)放大后輸入到伺服閥，使伺服閥產(chǎn)生負載壓差作用于液壓缸活塞上，使輸出力向減小誤差的方向變化，直至輸出力等于指令信號所規(guī)定的值為止。在穩(wěn)態(tài)情況時，輸出力與偏差信號成比例。2022/8/98電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析系統(tǒng)原理圖擬定2022/8/99電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程基本方程閥控液壓缸的動態(tài)可用以下三個基本方程表示 2022/8/910電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程液壓缸設(shè)計2022/8/911電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程伺服閥選定2022/8/912電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程伺服閥選定2022/8/913電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分

5、析力士樂伺服閥四通伺服方向閥型號4WSE3EE電反饋(第3級)通徑16額定流量100L/min 閥帶內(nèi)置放大器，控制：給定值10V、10mA閥芯遮蓋量0 至0.5 %,正開口設(shè)計過程伺服閥選定2022/8/914電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程伺服閥選定2022/8/915電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程伺服閥選定2022/8/916電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程壓力傳感器選定2022/8/917電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程傳遞函數(shù)2022/8/918電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程傳遞函數(shù)2022/8/919電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析設(shè)計過程傳遞函數(shù)2022/8/920電液伺

6、服力控制系統(tǒng)仿真分析系統(tǒng)方框圖確定2022/8/921電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析MATLAB仿真若相角裕度0，則系統(tǒng)不穩(wěn)定，若0，系統(tǒng)穩(wěn)定。越小，系統(tǒng)穩(wěn)定性越差，一般取=3060為宜；幅值裕度Kg（dB）0，系統(tǒng)不穩(wěn)定，Kg（dB）0，系統(tǒng)穩(wěn)定，為了得到滿意的性能，通常取Kg（dB）6dB（Kg2）。由bode圖看出，該系統(tǒng)雖然穩(wěn)定，但是由于穿越頻率幾乎為零，所以系統(tǒng)的響應(yīng)時間會很長，這不滿足系統(tǒng)快速性的要求。所以要對系統(tǒng)進行校正，首先要提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度就應(yīng)該增大系統(tǒng)開環(huán)增益。2022/8/922電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析MATLAB仿真校正由圖可見系統(tǒng)還是不穩(wěn)定，且系統(tǒng)存在穿越頻率過小，所

7、以對系統(tǒng)進行滯后超前校正。增益取得到K=1000如下bode圖 2022/8/923電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析MATLAB仿真校正可見系統(tǒng)的幅值裕度為負值，所以在中高頻段又進行了滯后校正。校正的傳遞函數(shù)為得到如下bode圖：2022/8/924電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析MATLAB仿真校正圖中相角裕度=39，在3060之間；幅值裕度Kg（dB）=5.92（dB），基本滿足要求；穿越頻率w=90.4rad/s；所以此系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，且靈敏性也滿足要求。滯后的傳遞函數(shù)為最終的到如下bode圖 2022/8/925電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析MATLAB仿真校正系統(tǒng)的頻寬有系統(tǒng)的閉環(huán)bode圖得到為

8、：148rad/s2022/8/926電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析MATLAB仿真階躍響應(yīng)2022/8/927電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析最終系統(tǒng)框圖2022/8/928電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析MATLAB仿真校正超前校正的作用：由于正相移的作用，使得截止頻率附近的相位明顯上移，具有較大的相角裕量，既改善了系統(tǒng)的穩(wěn)定性又提高的系統(tǒng)的截止頻率，獲得了較高的響應(yīng)速度。它會使低頻段上移，系統(tǒng)的平穩(wěn)性將有所下降。滯后校正的作用是通過幅值衰減作用，使系統(tǒng)穩(wěn)定，但是這會使系統(tǒng)的相角裕量減小。之后校正并沒有改變原系統(tǒng)的低頻段特性，故他對系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度不起破壞作用。串聯(lián)滯后超前校正同時綜合了前兩者的有點，較適合復(fù)雜系統(tǒng)的矯正， 本課題研究的1450冷軋機是精密軋鋼機械，它對軋制過程的穩(wěn)定性，快速性，和精度都有很高的要求。所以對其進行了嚴格的校正，并得到了良好的特性。2022/8/929電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析項目感想 在這個過程中，我們多次去請教老師和師兄師姐，并且通過我們自己查閱資料，對元件的參數(shù)和系統(tǒng)的設(shè)計有了一定的認識和了解，思路受到了很大的啟發(fā)，思緒漸漸清晰。 在MATLAB仿真期間，尤其是校正期間，我們經(jīng)過上百次的嘗試，最終才得出正確的方塊圖。這次項目對我們掌握相關(guān)知識和提升我們的學(xué)習(xí)能力都有很大的幫助。2022/8/930電液伺服力控制系統(tǒng)仿真分析最后我們要感謝：張偉老師教導(dǎo)、孔老師