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1、 HAGC系统动态特性研究分析摘要三十多年前，高压液压伺服系统开始流行， 模拟的基本分析工作，伺服系统也开始需要开发和研究，然而这些研究只集中在相对较轻的任务系统组成的一个伺服阀，用一个小的甚至零弹簧力，双作用液压缸。通常，这些系统低自然频率(5到20赫兹)、低阻尼比和低液压。直到六七十年代伺服系统引入了重型计量的钢铁工业中。第一次使用是为了所谓的，不断的差距预应力磨机。最重要的发展是自申请已被引入了的闭环电液伺服控制系统。然后，过去10年的快速发展，电子与建模技术的应用液压自动计量(HAGC)成为了一个需求为高质量的平轧制产品刺激的研究成果，进一步提高系统的效率和准确度。这些研究中大多数集中
2、在系统设计上。由于复杂的控制系统的复杂，简化了一个连轧机液压系统包括在内的整体控制模型，包括流量执法机构不能准确模拟实际的行为(例如,伺服阀、液压元件和气缸)。虽然该算法的基本原理的可以证明系统复杂性的，尤其在大模型的情况下，但它是无法评价性能的液压系统的设计。提高AGC系统的未来取决于液压体系的计量器具，甚至与一个优秀的控制算法，不能完善没有响应速度快、稳定、液压系统。目前，在计量体系在文献中报道的液压系统的数学模型是不足的，特别是与复杂模型相比。在最近的发展体系中，利用HAGC原理的长程液压缸是相互促进，共同发展的。然而，它可以被质疑的长冲程气缸反应一样好，而且在短冲程单元中所扮演的角色是
3、单作用气缸两倍。这篇文章的目的是探讨液压系统的非线性效应,并比较各缸的设计性能，各使用一个位置和压力模式。理论保罗利用常微分方程的稳定性的影响，为一个单作用气缸研究出一套数学模型，来检验在不同压力线的长度。在其他文章里，拉普拉斯变换块被应用于定量比较各液压系统的设计。在这篇文章中，常微分方程先来解释每个液压部件的物理意义，紧随其后的是生成一个状态矩阵方程。一个HAGC系统示意图显示为双作用气缸三线一回的安排，如图1中所示。形成一套完整的液压系统的六个动态元件为：伺服阀输电线路液压缸磨机(动力学、固有频率、模量和阻尼效应)回流管线传感器控制功能，就好像机体的补偿，曾被认为是文学，并不包括在这篇文
4、章里。图1 液压控制系统伺服阀 伺服阀有高度非线性。这是两个阶段的运动的试办阶段中遵循输入信号来驱动力矩电机，转动时关闭或打开喷嘴，这又反过来建立了相应的压力去激励芯的第二阶段。位移量的创造开放，允许线轴高压流体通过。然后使用线轴为反馈，弹簧转矩平衡扭矩来输入电流。 可以从频率响应测试来预计伺服阀性能的好坏。因此，四通动力学，包括力矩电机，可以模拟证明二阶微分方程来试验频率均小于20赫兹的系统： 公式1其中开放运动的伺服阀线轴； 力矩电机输入信号； 伺服阀固有频率； 伺服阀阻尼系数。 车架的固有频率和阻尼系数可从伺服阀制造商频率响应测试中得到。输入电流采用误差反馈信号放大电流增益因子：公式2其
5、中 伺服阀额定电流； 电流增益放大系数；多种齿轮油磨机的传感器位移； 控制输入信号。对压力方程模式操作类似于上述方程。流量是与阀门开启度成正比的，也可由压差确定两个端口：公式3其中伺服阀压力；, 水箱压力；压差；- 0(伺服阀充电)；- 0(伺服阀放电)； 伺服阀额定流量。利用泰勒的扩张,忽视高阶条件的一部分,平方根方程(3)可线性化。然而,由于压力降的变化在每次变换线轴的位置,系统仍非线性。输电线路液压传动的动态特性,无法通过它简单的线路、耦合的微分方程来描述。这是一个分布式系统,因此,同时依赖于时间和空间。虽然偏微分方程,给出最佳逼近时,便产生了与其他动态组件匹配的滚动系统的困难。一个集总
6、模型将液压油在输电线路作为一种控制音量。因此,输电线路可表征用常微分方程而不是偏微分方程式来表征。使用的原则是质量和动量守恒定律,流量, ,给出:公式4其中管线面积； 管道的长度； 液压缸流量；等效体变模量。第二代表的流量取决于石油压缩。可从源自一个潜在的欧拉的压缩流的压降方程来得到公式:公式5其中 气缸压力；压降系数；油密度。第一阶段惯性力的油来源于输电线路,第二阶段所代表的摩擦损失。通常情况下,流体速度在管道很小(1中的顺序)和压力降的影响系数、的评估可以采用完全开发层流管道流动的摩擦损失方程。等效体变模量,包括油体变模量、管道弹性模量和困气效果可以由下面公式计算出:公式6其中管道内径管材
7、的弹性模量管壁厚度 被困气体体积比总液量 气体体积量油体变量油体变模量不是固定的,而是靠石油的压力(高压力下有了较大的体积量)。气体俘获发生时,不可避免,在操作和减速时的系统发生响应。检验是需要的,以确保良好的工作条件。液压缸气缸压力有四种主要的流动:缸泄漏流流动,第一体积变化率;压缩油、活塞的运动速度。结合这些四个方面,钢瓶压力率可以写为一个方程:公式7其中 气缸面积 泄漏流系数缸背压初始圆柱卷体积 缸位移缸速度缸位移 是一个术语,在非线性方程(7) 为分母。对于一个单作用气缸、不存在和泄漏流的术语,是遗漏的方程。在现代设计中,液压HAGC系统保持尽可能地短(小于10英尺(3米)某些情况下,
8、可忽略,直接安装在伺服阀到气缸。因此,由于管道压降和摩擦是可以忽略不计的。结合传输线方程(7)通过总结管道容积初始缸的体积。然而,这也将会忽视压力波传播时间和固有频率的输电线路。磨动力学看上去像一个旧磨动力学方程的基础上,制定受力平衡。有六个主要部分:下列方程的气缸力;惯性力;阻尼力;弹簧力;库仑摩擦力和磨机负荷。公式8其中 缸区、背压边； 米尔阻尼系数； 库仑摩擦力； 轧制力；轧机弹性模量； 轧机动态行为质量。轧制力可以延伸到连线与带钢变形过程、张力控制回路和传动控制系统,建立一套完整的计量模型。用带钢模量的概念效果器 可以重写为一个x和合并弹簧力的线性函数。在轧制力能参数也起了一定的作用,
9、在平衡力的初始状态,以抵消卷重量和气缸压力的力量。包括磨动力学的动态磨机房和卷。他们是连续介质、往往太大,无法估计整个磨机系统总质量。自从有了无限数量的动态模式,它很难直接评价质量和磨辊轧机阻尼系数。应用轧机弹性模量和磨机固有频率的影响, 间接为推导出磨机量提供了一个更好的选择。磨机固有频率虽然磨机固有频率可以用锤子试得出，但很复杂。 结果发现锤不能轻易激动模式的影响。然而,这是比较容易计算这些模式的有限元法(FEM)。简化模型运用四自由度来模拟,整个轧机第一共振频率是125赫兹。在一项研究中,集只有顶层工作和备份卷,第一个自然频率,据报导,75.6 和79.7赫兹没有和对带钢赫兹磨坊去。一个
10、典型的支承辊系统固有频率的测量是253赫兹,对频率有限元法计算226赫兹。在一个模型,只考虑（四辊的辊堆栈）,第一阶固有频率被发现84.5赫兹。在另一个模型,认为其中一个磨机住房和采用梁元素来实现的, 据报道轮挡代表最低的固有频率为17.5赫兹。虽然模型之间的差异大,结果显示以下广泛的固有频率及其相关的米尔:支承辊辊200到250赫兹;堆栈,70 至 120赫兹；磨机系统20至150赫兹。研究结果还显示,较低的频率就越可能成为模型包括更多机器零件的制造和销售。此外,自然频率是影响带钢的强度的因素。作者和同事所做的一个完整的有限元法对磨机的动态特性模拟 (图2)。该模型综合考虑两个磨箱,一卷采用
11、弹簧单元堆叠、梁元素、二维壳单元和管道的元素。梁元素、壳单元和管道随身携带相应元素的质量，弹簧单元是不考虑的。元素是用于模拟梁、壳单元来实现的。元素代表了管道螺丝,垫片及其他小或简单的机器零件的制造和销售。包含弹簧单元的动态活动基本特徵对轧辊界面。因为卷，有八个广义质量元素对于工作和轮档。该模型基于ANSYS有限元软件包。第一阶没有对带钢轧机固有频率是64赫兹。讨论中获得的额外信息模型,如振型,超出这篇文章的范围。图2轧机动力学的有限元分析模型轧机弹性模量根据轧机的设计和液压缸工作冲程，轧机弹性模量约为25至35万磅输入。它会随工作冲程钢瓶的增加(图3)。例如,一个5输入中风弱化了轧机模量近3
12、0%。一个简单的弹簧常数计算相结合的两个弹簧系列提供了一个良好的近似值,产生这个效果:图3 直径液压缸密尔模量32输入影响工作公式9其中缸高压侧面积,缸工作冲程 轧机弹性模量轧机零营运中弹性模量自从石油工作冲程被认为是在动态方程在这项研究中,一个刚性轧机零营运弹性模量已被采纳。计算出轧机使用质量的轧机固有频率(64赫兹)和轧机弹性模量(假定3000万磅输入)。它被揭开等效磨机质量是35.8吨，随后在研究中使用。磨阻尼因子磨坊阻尼力的产生是力量互动的工作辊。据报道的长度弧形的接触中发挥关键作用来确定阻尼力。当辊子的移动,长度的增加和向下分离变得更大,这样阻碍了辊,反之亦然。基于这一机制的波动和弧
13、接触长度为工作辊制定的旋转角速度条件和交货的厚度。阻尼力推导得到了接触长度:公式10其中 输出端的屈服应力 带钢宽度工作辊旋转角速度,弧度 s在冷轧中,更高的旋转角速度阻尼力会减小更多的应力,相反会趋于增加阻尼力。Pawelski还发现, 作为一个非线性阻尼元件看上去像一个旧磨辊缝,阻尼力是一个带钢速度和强度的函数 (图4)。展示中，轧制力变化对1号和5号轧机轧制速度从 1200到1800米分钟,工作辊位移连续滞回圈。第五较低站的滞环和较小的力扰动。在这两种情况下,面积由封闭的磁滞回线,这是每个周期的能量耗散,增加了大约70%降低轧制速度从1800到1200米分钟。提供一个更大站1阻尼力和一样
14、较低的轧机速度。然而根据方程(10)，由于表面硬化处理，5号站有较高的屈服应力,它应该有一个更高的阻尼因子确定接触长度须要考虑。基于这些研究结果，较厚的条状将有助于稳定系统。图4 轧机速度和功能材料的磨阻尼力强度轧制过程的阻尼行为是非线性的,速度有依赖性、材料特性和几何敏感。利用方程(10)计算阻尼因子仅仅是为50输入. 0.15宽钢带在3000fpm屈服应力和50输入。因此价值变化以来，本研究利用零阻尼因子在评价系统非线性和假定0,0.5和1.0阻尼因子之间的性能来比较单一的坯料双向气瓶。回流管线如图1中所示,有三种不同的电路设计包括一个双作用气缸。第一类是连接低压一侧的液压油缸和调压阀箱和
15、低压泵通常停顿来保持背压。在第二种形式的设计中，回流管线连接伺服阀也用于高压线路。四通道伺服阀都可以用在这个设计。第三类是连接的一项独立的伺服阀回流管线。自从两伺服阀用于第三类设计,液压缸可以通过两伺服阀预应力来调整。通常,一个阀门运行在一个位置模式建立辊缝与运行在一个加压方式的其他阀门来确定气缸压力。因此,石油是在压缩状态和油体变模量时达到了最大值。轧机会有轧制负荷，伺服阀返回侧转移到一个完整的无所谓位置，这样整个系统成为第一种类型的设计。这是特别有用的，一个大规模的板厂减少使用长冲程气缸。第二种设计型由于密封的摩擦力预计将高于用单作用汽缸，在两边钢瓶的地方要求高压密封。同时,由于4个端口被使用,具有相同的开放,将瞬时流量的单作用气缸的只运用三个港口。第一种设计是最简单的涉及双作用汽缸。自
