CN101537477A - 一种用于结晶器振动非正弦波形发生器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于结晶器振动非正弦波形发生器，包括：信号输入模块：用于输入非正弦波形的幅值，频率，偏斜率；波形产生模块：其接收信号输入模块的幅值、频率、偏斜率，产生相应的波形；波形输出模块：将波形产生模块产生的波形输出到振动控制器。波形产生模块执行下列函数：

。本波形发生器产生的非正弦振动波形，可以大幅度提高非正弦偏斜率，避免设备运动过程中的颤振，使设备运行平稳；进而可以大幅度提高负滑脱时间及负滑脱率的有效控制范围，能最大限度地减少钢水与结晶器摩擦力，降低铸坯表面的振痕，提高铸坯的表面质量。

Description

一种用于结晶器振动非正弦波形发生器

技术领域

本发明涉及非正弦振动曲线连铸机结晶器振动自动控制，特别涉及一种用于结晶器振动非正弦波形发生器。

背景技术

现代连铸机结晶器在生产中使用非正弦振动方式已经成为一种必要的关键技术，它对于铸坯表面质量的改善有非常明显的效果。目前，国内新投产的连铸机，尤其是板坯连铸机，几乎都会采用液压或电动方式的非正弦振动，以更好地控制负滑脱时间，减少钢水与结晶器摩擦力，降低板坯表面的振痕，提高铸坯的表面质量。

在现有的结晶器振动非正弦位移波形曲线模型中，主要使用的模型形式有：分段式、复合式。

分段式函数构造有很多种，但相对都很复杂，并且实施中会出现因为位移的分段，导致加速度的突变，而导致设备运动的不均匀。

复合式曲线的位移波形构造式：

s＝ASin(ωt-BSin(ωt))

其中：A为振动幅值，B为偏斜因子

目前复合式曲线这种方式应用很广，但这种波形有一个很大的缺点就是偏斜率不能太大，否则会出现加速度变形，从而导致设备颤振。

发明内容

本发明的目的是提供一种产生的波形的偏斜率大的用于结晶器振动非正弦波形发生器。

为了实现以上目的，本发明采用以下的技术方案：

一种用于结晶器振动非正弦波形发生器，包括：信号输入模块：用于输入非正弦波形的幅值，频率，偏斜率；波形产生模块：其接收信号输入模块的幅值、频率、偏斜率，产生相应的波形；波形输出模块：将波形产生模块产生的波形输出到振动控制器。波形产生模块执行下列函数：

$s=A{h}_x\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(-\mathrm{\Δ})}^{(m-1)}\mathrm{Sin}\left(\mathrm{m\ωt}\right)$

其中：s为位移；

A为振动幅值；

h_x为振幅系数，0＜h_x≤1；

Δ为收敛因子，0≤Δ＜1；

ω为基波角速度；

n为项数。

其中波形产生模块为一微控制器。

本发明的有益效果：本波形发生器产生的非正弦振动波形，可以大幅度提高非正弦偏斜率，避免设备运动过程中的颤振，使设备运行平稳；进而可以大幅度提高负滑脱时间及负滑脱率的有效控制范围，能最大限度地减少钢水与结晶器摩擦力，降低铸坯表面的振痕，提高铸坯的表面质量。

附图说明

图1为偏斜率定义示意图；

图2为当偏斜率α＝30％时，复合式与七项式的位移曲线比较示意图；

图3为当偏斜率α＝30％时，复合式与七项式的加速度曲线比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本明做进一步的描述：

一种用于结晶器振动非正弦波形发生器，包括：信号输入模块：用于输入非正弦波形的幅值，频率，偏斜率；三个参数确定，一条曲线也就定义完成了。波形产生模块：其接收信号输入模块的幅值、频率、偏斜率，产生相应的波形；波形产生模块执行下列函数：

$s=A{h}_x\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(-\mathrm{\Δ})}^{(m-1)}\mathrm{Sin}\left(\mathrm{m\ωt}\right)$

其中：s为位移；

A为振动幅值；

h_x为振幅系数，0＜h_x≤1；

Δ为收敛因子，0≤Δ＜1；

ω为基波角速度；

n为项数。

其中波形产生模块为一微控制器。其微控制器为一高整合芯片，其包含所有组成一计算机控制器的组件，典型者包括一中央处理器、随机存取内存、只读存储器、输入输出接口。

波形输出模块：将波形产生模块产生的波形输出到振动控制器。在具体应用中，可以直接将产生的波形输出信号送到伺服阀的输入端，伺服阀将会跟随波形信号的给定而作非正弦运动。

波形产生模块执行下列函数：其位移表达式为：

$s=A{h}_x\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(-\mathrm{\Δ})}^{(m-1)}\mathrm{Sin}\left(\mathrm{m\ωt}\right)$

速度表达式为：

$v=A{h}_x\mathrm{\ω}\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}m{(-\mathrm{\Δ})}^{(m-1)}\mathrm{Cos}\left(\mathrm{m\ωt}\right)$

加速度表达式为：

$a=-A{h}_x{\mathrm{\ω}}^2\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{m}^2{(-\mathrm{\Δ})}^{(m-1)}\mathrm{Sin}\left(\mathrm{m\ωt}\right)$

其中：A为振动幅值；h_x为振幅系数，0＜h_x≤1；Δ为收敛因子，0≤Δ＜1；ω为基波角速度；n为项数。

下面以七项式(n＝7)为例，分析如下：

七项式位移模型表达式为：

s＝Ah_x[sin(ωt)-Δsin(2ωt)+Δ²sin(3ωt)-Δ³sin(4ωt)与Δ⁴sin(5ωt)-Δ⁵sin(6ωt)+Δ⁶sin(7ωt)]

振幅系数、收敛因子与偏斜率α的关系如下式：

h_x＝(cosθ+Δsin2θ-Δ²cos3θ-Δ³sin4θ+Δ⁴cos5θ+Δ⁵sin6θ-Δ⁶cos7θ)^-1及：

sinθ-2Δcos2θ-3Δ²sin3θ+4Δ³cos4θ+5Δ⁴sin5θ-6Δ⁵cos6θ-7Δ⁶sin7θ＝0

式中： $\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\π}}{2}\mathrm{\α},$ (α为非正弦偏斜率)。偏斜率计算方法如图1所示，

$\mathrm{\α}=\frac{t_m}{(T/4)}*100\%$

其中：t_m为偏斜时间，T为振动周期时间(频率F＝1/T)，A为振动幅值。

若已知偏斜率，可通过上式求得收敛因子Δ及振幅系数h_x。虽然这种函数无法直接求解，但可通过计算机验算求得Δ、h_x与a的值。如下表：

α	Δ	hx
			0	0	1
0.1	0.07880076	0.9937904
			0.2	0.1584021	0.974907
0.3	0.2403035	0.9422715
			0.4	0.3249937	0.8947393

下面分析七项式速度曲线与常用的复合式加速度曲线，

复合式加速度波形表达式为：

$a=A{\mathrm{\ω}}^2[\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{Cos\θ}}(\mathrm{Cos\ωt}-\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{Cos\θ}}\mathrm{Sin\ωt})\mathrm{Sin\ωt}-\mathrm{Sin}(\mathrm{\ωt}-\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{Cos\θ}}\mathrm{Sin\ωt}){(1-\frac{\mathrm{\θ}}{\mathrm{Cos\θ}}\mathrm{Cos\ωt})}^2]$

式中： $\mathrm{\θ}=\frac{\mathrm{\π}}{2}\mathrm{\α},$ (α为非正弦偏斜率)。

七项式加速度波形表达式为：

a＝Ah_xω²(-Sinωt+4ΔSin2ωt-9Δ²Sin3ωt+16Δ³Sin4ωt-25Δ⁴Sin5ωt+36Δ⁵Sin6ωt-49Δ⁶Sin7ωt)

如图2与图3所示，可以看出：

a.偏斜率对于位移、加速度的影响非常大。

b.当偏斜率为30％时，复合式、七项式的位移、加速度曲线均有不同程度的变形，变形程度的厉害关系为：复合式＞七项式。

c.当偏斜率大于某一值时，均会出现位移在上升过程中，其加速度波形产生拐点的现象。

加速度决定了结晶器驱动力的大小，当然，驱动力的变化越平稳越好，也就是说，加速度曲线越平滑越好。位移在上升过程中，加速度出现拐点是不希望看到的，这样会引起驱动装置的颤振，频率越高，越不希望此情况的发生。也就是说，位移在上升或下降过程中，加速度应该实现单调。基于此，可以通过上机法求得加速度实现单调时各个表达式的最大偏斜率，如下表：

	复合式	七项式
			加速度单调的最大α	19.3％	32.9％

于是，可以得出表达式适用的偏斜率范围：复合式：0~19.3％，七项式：0~32.9％。

可见，七项式波形曲线模型可以大大提高非正弦偏斜率的应用范围，并且是连续的可实施的，能保证设备的运动平稳。大幅度提高非正弦偏斜率，避免设备运动过程中的颤振，使设备运行平稳；进而可以大幅度提高负滑脱时间及负滑脱率的有效控制范围，能最大限度地减少钢水与结晶器摩擦力，降低铸坯表面的振痕，提高铸坯的表面质量。

以上虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在所述权利要求的范围内做出各种变形或修改，这都落在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1、一种用于结晶器振动非正弦波形发生器，其特征在于：所述波形发生器包括：

信号输入模块：用于输入非正弦波形的幅值，频率，偏斜率；

波形产生模块：其接收信号输入模块的幅值、频率、偏斜率，产生相应的波形；

波形输出模块：将波形产生模块产生的波形输出到振动控制器。

2、根据权利要求1所述的用于结晶器振动非正弦波形发生器，其特征在于：所述波形产生模块执行下列函数：

$s={\mathrm{Ah}}_x\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(-\mathrm{\Δ})}^{(m-1)}\mathrm{Sin}\left(\mathrm{m\ωt}\right)$

其中：s为位移；

A为振动幅值；

h_x为振幅系数，0＜h_x≤1；

Δ为收敛因子，0≤Δ＜1；

ω为基波角速度；

n为项数。

3、根据权利要求1所述的用于结晶器振动非正弦波形发生器，其特征在于：所述波形产生模块为一微控制器。

4、根据权利要求3所述的用于结晶器振动非正弦波形发生器，其特征在于：所述微控制器完成以下函数：

$s={\mathrm{Ah}}_x\underset{m=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(-\mathrm{\Δ})}^{(m-1)}\mathrm{Sin}\left(\mathrm{m\ωt}\right)$

其中：s为位移；

A为振动幅值；

h_x为振幅系数，0＜h_x≤1；

Δ为收敛因子，0≤Δ＜1；

ω为基波角速度；

n为项数。

Images