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1、1450冷连轧机轧制力伺服控制系冷连轧机轧制力伺服控制系统仿真分析统仿真分析班班 级：级：0909级机控二班级机控二班小组成员：宋旭通、张文辉小组成员：宋旭通、张文辉 杨杨 森、孙永海森、孙永海指导老师：张指导老师：张 伟、权凌霄、姚静伟、权凌霄、姚静2024/9/21电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析轧机简介轧机简介 轧机是实现金属轧制过轧机是实现金属轧制过程的设备。程的设备。 可按轧制品种、轧机型可按轧制品种、轧机型式和公称尺寸来命名。式和公称尺寸来命名。 具体知识可参照具体知识可参照百度百科百度百科。2024/9/22电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析
2、轧机简介轧机简介直拉式可逆冷轧机直拉式可逆冷轧机拓普拓普XGK轧机轧机进口进口20辊轧机辊轧机特厚板轧机特厚板轧机轧机轧辊轧机轧辊轧机机组轧机机组2024/9/23电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析研究目的研究目的通过本课题的研究，我们要重点掌通过本课题的研究，我们要重点掌握以下知识点握以下知识点1 1、力控制系统设计方法；、力控制系统设计方法；2 2、阀控缸力控制系统建模；、阀控缸力控制系统建模；3 3、系统稳定性、稳态精度、响应、系统稳定性、稳态精度、响应 速度分析方法及影响因素；速度分析方法及影响因素； 4 4、PID PID 控制的基本原理；控制的基本原理；2024/
3、9/24电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计参数设计参数1 1、任务书给出的各项参数、任务书给出的各项参数序号参数项参数值单位备注1最大负载力750t2伺服缸行程30mm3液压油源恒压油源恒压变量泵4工作压力25MPa5有杆腔背压3MPa6油液密度850Kg/m37油液粘度32mm2/s7工作温度409压力检测范围0-40MPa9压力检测输出有杆腔压力传感器4-20mA2024/9/25电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计参数设计参数2 2、与负载相关的参数、与负载相关的参数10轧机结构负载刚轧机结构负载刚度度11活塞及负载折算到活塞的总质量t12最大压
4、下速度13返程最大速度14活塞及负载的粘性阻尼系数15动态响应2024/9/26电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计设计过程过程1)1)伺服缸等伺服缸等系统元件参数设计系统元件参数设计、电、电 液伺服阀液伺服阀 、伺服放大器、伺服放大器选型选型；2) 2) 建立阀控缸力控制系统的建立阀控缸力控制系统的数学模型数学模型；3) 3) 采用采用MATLAB MATLAB 及及SIMLINK SIMLINK 软件软件仿真仿真模型；模型；4) 4) 分析得出分析得出14501450电液伺服轧制力控制系统的电液伺服轧制力控制系统的 时间响应曲线和频率响应曲线，得出该系时间响应曲线和频率
5、响应曲线，得出该系 统的频宽统的频宽。2024/9/27电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析压下力控制简图压下力控制简图1450冷冷轧机机轧制力伺服控制系制力伺服控制系统，以，以力作力作为被被调量量。该系系统主要由主要由液液压泵、放大器、溢流、放大器、溢流阀、电液伺服液伺服阀、液、液压缸、缸、压力力传感器感器等等组成。成。 当当指令装置指令装置发出的出的电压信号信号经放大器放大器放大后控制放大后控制伺服伺服阀的的动作，作，进而控制而控制液液压缸缸输出力，出力，该力由力由压力力传感器感器检测转换为反反馈信号，与指令信号相信号，与指令信号相比比较，得到偏差，得到偏差电压信号。此偏差
6、信号信号。此偏差信号经放大后放大后输入到伺服入到伺服阀，使伺服，使伺服阀产生生负载压差作用于液差作用于液压缸活塞上，使缸活塞上，使输出力向减小出力向减小误差的方向差的方向变化，化，直至直至输出力等于指令信号所出力等于指令信号所规定的定的值为止。在止。在稳态情况情况时，输出力与偏差信号成比例。出力与偏差信号成比例。2024/9/28电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析系统原理图拟定系统原理图拟定2024/9/29电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程基本方程基本方程阀控液压缸的动态可用以下三个基本方程表示阀控液压缸的动态可用以下三个基本方程表示 20
7、24/9/210电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程液压缸设计液压缸设计2024/9/211电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程伺服阀选定伺服阀选定2024/9/212电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程伺服阀选定伺服阀选定2024/9/213电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析力士乐伺服阀四通伺服方向阀型号4WSE3EE电反馈(第3级)通径16额定流量100L/min 阀带内置放大器，控制：给定值10V、10mA阀芯遮盖量0 至0.5 %,正开口设计过程设计过程伺服阀选定伺服阀选定
8、2024/9/214电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程伺服阀选定伺服阀选定2024/9/215电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程伺服阀选定伺服阀选定2024/9/216电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程压力传感器选定压力传感器选定2024/9/217电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程传递函数传递函数2024/9/218电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析设计过程设计过程传递函数传递函数2024/9/219电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制
9、系统仿真分析设计过程设计过程传递函数传递函数2024/9/220电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析系统方框图确定系统方框图确定2024/9/221电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真仿真若相角裕度0，则系统不稳定，若0，系统稳定。越小，系统稳定性越差，一般取=3060为宜；幅值裕度Kg（dB）0，系统不稳定，Kg（dB）0，系统稳定，为了得到满意的性能，通常取Kg（dB）6dB（Kg2）。由bode图看出，该系统虽然稳定，但是由于穿越频率几乎为零，所以系统的响应时间会很长，这不满足系统快速性的要求。所以要对系统进行校正，首先要提高系统的响应速度
10、就应该增大系统开环增益。2024/9/222电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真仿真校正校正由图可见系统还是不稳定，且系统存在穿越频率过小，所以对系统进行滞后超前校正。增益取得到K=1000如下bode图 2024/9/223电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真仿真校正校正可见系统的幅值裕度为负值，所以在中高频段又进行了滞后校正。校正的传递函数为得到如下bode图：2024/9/224电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真仿真校正校正图中相角裕度=39，在3060之间；幅值裕度Kg（dB）=5.92（
11、dB），基本满足要求；穿越频率w=90.4rad/s；所以此系统的稳定性较好，且灵敏性也满足要求。滞后的传递函数为最终的到如下bode图 2024/9/225电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真仿真校正校正系统的频宽有系统的闭环bode图得到为：148rad/s2024/9/226电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真仿真阶跃响应阶跃响应2024/9/227电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析最终系统框图最终系统框图2024/9/228电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析MATLAB仿真仿真校正校正超
12、前校正的作用：由于正相移的作用，使得截止频率附近的相位明显上移，具有较大的相角裕量，既改善了系统的稳定性又提高的系统的截止频率，获得了较高的响应速度。它会使低频段上移，系统的平稳性将有所下降。滞后校正的作用是通过幅值衰减作用，使系统稳定，但是这会使系统的相角裕量减小。之后校正并没有改变原系统的低频段特性，故他对系统的稳态精度不起破坏作用。串联滞后超前校正同时综合了前两者的有点，较适合复杂系统的矫正， 本课题研究的1450冷轧机是精密轧钢机械，它对轧制过程的稳定性，快速性，和精度都有很高的要求。所以对其进行了严格的校正，并得到了良好的特性。2024/9/229电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力
13、控制系统仿真分析项目感想项目感想 在这个过程中，我们多次去请教老师和师在这个过程中，我们多次去请教老师和师兄师姐，并且通过我们自己查阅资料，对元件兄师姐，并且通过我们自己查阅资料，对元件的参数和系统的设计有了一定的认识和了解，的参数和系统的设计有了一定的认识和了解，思路受到了很大的启发，思绪渐渐清晰。思路受到了很大的启发，思绪渐渐清晰。 在在MATLABMATLAB仿真期间，尤其是校正期间，我仿真期间，尤其是校正期间，我们经过上百次的尝试，最终才得出正确的方块们经过上百次的尝试，最终才得出正确的方块图。这次项目对我们掌握相关知识和提升我们图。这次项目对我们掌握相关知识和提升我们的学习能力都有很
14、大的帮助。的学习能力都有很大的帮助。2024/9/230电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析最后我们要感谢：最后我们要感谢：张伟老师教导、孔老师课题组多张伟老师教导、孔老师课题组多位学长学姐的指导，同时也感谢位学长学姐的指导，同时也感谢小组成员的协同努力！小组成员的协同努力！鸣谢鸣谢2024/9/231电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析希望权凌霄老师希望权凌霄老师及各位同学及各位同学多多批评指正！多多批评指正！指正指正2024/9/232电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析Thats all ,thank you !2024/9/233电液伺服力控制系统仿真分析电液伺服力控制系统仿真分析
