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HC轧机中间辊横移电液伺服控制系统仿真研究

作　者: 吕猛
导　师: 张齐生; 王益群
学　校: 燕山大学
专　业: 机械电子工程
关键词: HC轧机中间辊横移动力学模型自抗扰控制器联合仿真
分类号: TG334.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

在社会和经济高速发展的今天，高质量冷轧薄板的需求量不断增加，研究提高板形质量的方法，已经成为当今薄带钢生产的一个热点问题，而HC轧机中间辊横移正是一项有效控制板形的重要技术。在轧制高精度薄板时，如果在轧制过程中能实现中间辊的在线横移，那么将更有利于带钢板形质量的控制。但目前还没有完善的理论研究中间辊横移阻力，此外中间辊横移控制的负载干扰影响因素复杂，而这就是中间辊横移控制的难点所在。为了实现可靠的在线横移控制，通常是加大系统的控制刚度，这又导致增加耗能和设备投资的浪费。利用实验方法研究负载干扰问题，不仅投入大、成本高，而且耗时长。基于中间辊在线横移控制是面向轧制高精度板形的机电液综合控制系统，利用针对不同工况各具特色的仿真平台软件，采用联合仿真方法可以提高仿真性能，进而为工程实际提供有价值的参考，具有重要的理论和实际意义。本文基于PROE和ADAMS建立了模拟中间辊工况的机械动力学模型，对中间辊横移阻力进行分析研究；基于Simulink、AMEsim软件各自的特点和优势分别建立控制器和液压系统的仿真模型；然后利用软件间的接口，建立中间辊横移电液伺服控制系统的联合仿真模型。首先基于仿真模型分析得出中间辊横移阻力，并结合理论计算和实际测试结果分析了中间辊横移阻力的范围，进而校正机械动力学仿真模型。最后根据机械动力学仿真模型得出的中间辊横移阻力的范围，对液压液系统仿真模型做了相应的修正设计，进而搭建最终完整的联合仿真平台。本文针对中间辊横移系统受干扰影响大、难控制的问题，设计了自抗扰控制器，并基于联合仿真研究平台校验了电液伺服控制系统的性能，对比验证了自抗扰控制器对系统的控制效果更好。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-18
  1.1 课题研究的背景和意义  10-11
  1.2 轧辊轴向横移轧机研究的发展与现状  11-14
  1.3 计算机仿真技术的简述  14-15
  1.4 轧机仿真研究概述  15-17
  1.5 课题来源与研究内容  17-18
第2章 HC 轧机中间辊横移系统分析  18-39
  2.1 HC 轧机辊系的特性分析  18-19
    2.1.1 HC 轧机辊系的动力学分析  18-19
    2.1.2 HC 轧机中间辊横移阻力分析  19
  2.2 中间辊横移阻力的理论计算  19-34
    2.2.1 中间辊横移阻力求解的摩擦学接触理论  20-22
    2.2.2 中间辊横移阻力求解的摩擦学预位移理论  22-24
    2.2.3 中间辊横移阻力求解的圆柱体接触理论  24-26
    2.2.4 中间辊横移阻力求解的圆柱体滚动接触时的轴向力理论  26-33
    2.2.5 中间辊横移阻力计算  33-34
  2.3 HC 轧机中间辊横移控制系统分析  34-38
    2.3.1 中间辊横移系统的构成  34-35
    2.3.2 中间辊横移系统的控制器分析  35-36
    2.3.3 中间辊横移电液伺服控制系统的数学建模  36-38
  2.4 本章小结  38-39
第3章系统控制方法分析和控制器设计  39-49
  3.1 自抗扰控制器的简介  39-40
  3.2 自抗扰控制器(ADRC)的构成  40-45
    3.2.1 ADRC 的结构原理  40-41
    3.2.2 安排过度过程  41-42
    3.2.3 扩张状态观测器(ESO)  42-44
    3.2.4 非线性反馈控制律(NLSEF)  44
    3.2.5 ADRC 的参数整定  44-45
  3.3 中间辊横移电液伺服控制系统的控制器设计  45-48
  3.4 本章小结  48-49
第4章 HC 轧机中间辊横移系统的建模  49-64
  4.1 中间辊工况动力学模型  49-56
    4.1.1 HC 轧机本体结构和主要参数  49
    4.1.2 HC 轧机中间辊工况三维模型的建立  49-52
    4.1.3 HC 轧机中间辊工况三维模型导入 ADAMS 中  52-53
    4.1.4 基于 ADAMS 的中间辊工况动力学模型的建立  53-56
  4.2 液压系统仿真模型的建立  56-59
    4.2.1 液压系统仿真软件 AMEsim  56-57
    4.2.2 液压系统原理和主要元件的参数  57-58
    4.2.3 中间辊横移液压系统仿真模型的建立  58-59
  4.3 控制器仿真模型的建立  59-63
    4.3.1 非线性函数建模  59-60
    4.3.2 扩张状态观测器建模  60-61
    4.3.3 安排过渡过程建模  61-62
    4.3.4 非线性反馈控制律建模  62
    4.3.5 自抗扰控制器的整体模型  62-63
  4.4 本章小结  63-64
第5章 HC 轧机中间辊横移系统的联合仿真研究  64-77
  5.1 动力学模型和液压系统模型联合仿真的建立  64-69
    5.1.1 AMEsim 与 ADAMS 联合仿真的特点  64
    5.1.2 设置 AMEsim 与 ADAMS 联合仿真环境  64-65
    5.1.3 机械液压联合仿真模型的建立  65-69
  5.2 控制器与液压系统联合仿真模型的建立  69-71
    5.2.1 Simulink 与 AMEsim 联合仿真的接口设置  69
    5.2.2 Simulink 与 AMEsim 联合仿真的实现  69-71
  5.3 中间辊横移阻力的研究结果分析  71-74
    5.3.1 中间辊横移阻力的实测结果  71-72
    5.3.2 中间辊横移阻力的仿真分析  72-73
    5.3.3 中间辊横移阻力研究方法的对比分析  73-74
  5.4 中间辊横移控制系统的联合仿真分析  74-76
  5.5 本章小结  76-77
结论  77-78
参考文献  78-82
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  82-83
致谢  83-84
作者简介  84

HC轧机中间辊横移电液伺服控制系统仿真研究

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