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连铸扇形段辊缝调节液压控制系统研究

作　者: 张冠伟
导　师: 周恩涛
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 扇形段液压系统建模仿真 PID控制
分类号: TF341.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 64次
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内容摘要

在现代化钢铁生产中,连铸作为一种新的铸造方法,扇形段是连铸机组中的主要设备,扇形段辊缝的控制水平的高低将直接影响到钢板厚度和质量,对最终的轧制质量起着十分重要的作用。本文在对原液压系统进行改造的基础上,以伺服阀取代了原有的高速应答阀,研究设计了一套具有高精度、快速响应和稳定控制功能的电液伺服系统。基于此,本文主要分为以下几个部分进行。首先,简要介绍了双辊薄带连铸技术及其在国内外研究发展情况,以及几种常见的连铸扇形段系统控制方式。通过比较分析其优缺点,提出采用本系统的可行性。随后,明确任务要求,并根据液压系统的基本功能和任务要求,拟定控制方案并绘制液压系统原理图。通过对连铸扇形段工作系统的实际工作情况和控制模式的分析,对所设计的液压系统元件进行选择并进行相关参数的计算,而且要对所选元件进行相关校验,以确保元件能够满足系统的工作要求。在选取了系统元件之后,根据液压系统建模的理论对阀控非对称液压缸结构系统进行模型建立。对所建立的模型进行必要的参数计算,确定系统的传递函数。通过开还波德图来讨论系统的稳定性以及可能影响系统特性的因素。运用MATLAB/Simulink对系统闭环模型进行仿真分析,研究系统的响应特性。根据系统动态特性的仿真结果,采用PID控制器来改善系统的控制效果。通过对PID控制器的深入了解,针对实际的控制对象具有非线性、时变性及分布参数等特性,比较其在控制策略中的优劣,并进一步采用模糊自适应PID对系统进行更加精确的控制。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-14
  1.1 研究背景与选题依据  10-11
    1.1.1 课题研究背景  10
    1.1.2 选题理论依据  10-11
  1.2 连铸技术概述及其在我国的发展  11
  1.3 连铸扇形段简介及辊缝调节基本要求  11-13
    1.3.1 连铸扇形段简介  11-12
    1.3.2 辊缝调节基本要求  12
    1.3.3 液压夹紧式远程调整辊缝的优点  12-13
  1.4 本文主要内容  13-14
第2章连铸扇形段液压系统的设计与计算  14-26
  2.1 设计思想  14
  2.2 系统的基本功能及任务参数  14-15
    2.2.1 扇形段控制系统的基本功能  14
    2.2.2 系统的任务参数  14-15
  2.3 扇形段液压系统设计  15-18
    2.3.1 扇形段主要结构组成  15-16
    2.3.2 扇形段辊缝自动调节液压伺服系统设计  16-18
  2.4 伺服系统元件选择及参数计算  18-26
    2.4.1 伺服系统的控制模式  18
    2.4.2 伺服系统参数确定与计算  18-23
    2.4.3 泵的选择  23-24
    2.4.4 过滤器选择  24
    2.4.5 管件的选择与计算  24-26
第3章连铸扇形段液压系统建模与分析  26-44
  3.1 解析法建模  26-28
    3.1.1 微分方程法  27
    3.1.2 传递函数法  27-28
  3.2 状态空间法建模  28-29
    3.2.1 系统状态和状态变量  28-29
    3.2.2 系统状态变量模型  29
  3.3 液压伺服系统模型的建立  29-39
    3.3.1 液压系统物理模型建立  29-30
    3.3.2 液压系统数学模型建立  30-31
    3.3.3 液压缸下压情况  31-35
    3.3.4 液压缸上行情况  35-39
  3.4 阀控非对称液压缸其它环节模型的建立  39-40
    3.4.1 伺服放大器的数学模型  39
    3.4.2 检测元件的数学模型  39
    3.4.3 伺服阀的数学模型  39-40
  3.5 阀控非对称液压缸系统的总体模型建立  40-41
  3.6 三通减压阀的数学模型  41-44
第4章连铸扇形段液压系统仿真研究  44-61
  4.1 液压仿真概述  44-45
  4.2 MATLAB软件在仿真中的应用  45-47
    4.2.1 MATLAB简介  45
    4.2.2 MATLAB基本内容和使用方法  45-46
    4.2.3 SIMULINK简介  46-47
  4.3 液压系统模型的参数确定  47-55
    4.3.1 液压油参数确定  47
    4.3.2 伺服阀模型参数确定  47-50
    4.3.3 液压缸模型参数确定  50-52
    4.3.4 三通减压阀模型参数确定  52-55
  4.4 伺服动力机构的特性分析与研究  55-61
    4.4.1 伺服动力机构稳定性分析  55-56
    4.4.2 系统稳定性分析  56-58
    4.4.3 在Simulink软件中建立仿真模型  58-61
第5章连铸扇形段液压系统控制策略  61-74
  5.1 PID控制器概述  61-62
    5.1.1 PID控制原理  61-62
    5.1.2 PID整定算法  62
  5.2 PID控制器设计及仿真  62-64
  5.3 模糊控制系统和模糊控制器  64-69
    5.3.1 模糊控制系统  64-65
    5.3.2 模糊控制器  65-69
  5.4 模糊自适应PID控制器的设计及仿真  69-74
第6章结论  74-75
参考文献  75-77
致谢  77

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