CN101664763A - 一种三辊导向装置的标定方法 - Google Patents

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高忠江
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Abstract

本发明属于成型技术领域，涉及一种三辊导向装置的标定方法。根据机械商提供的几组数据，拟合出位移传感器和孔型的非线性关系，液压缸行程(X)与孔径大小(Y)的关系可以表示成Y＝f(X)，借助matlab软件可以对这些数据点拟合成非线性函数。选定一组三辊导向装置，放入样棒使三辊导向装置抱紧，记下抱紧时位移传感器的数值，将所有的三辊导向装置进行标定；本发明的方法可以充分利用机械商提供的技术数据，使用更精确地非线性模型，只需要一根样棒就可以完成所有三辊导向装置的标定，减少标定过程操作次数。增加了标定的精度，为今后现场调试以及维护提供了便捷。

Description

一种三辊导向装置的标定方法
技术领域
本发明属于成型技术领域，涉及一种三辊导向装置的标定方法。
背景技术
穿孔区是无缝钢管生产线的重要区域，该区域主要负责把坯料加工成为中空的钢管(毛管)。三辊导向装置是穿孔机后台重要的设备，机械原理如图1所示：三个导辊按照120度分布，其中下面两个导辊1和2，上面一个导辊3，三辊的内切圆直径即为其导向物料的外径。三个导辊由同一个液压缸控制，油缸的动作通过一系列的机械机构可以同时改变三个导辊的位置，也就改变了内切圆直径。一般根据工艺不同，穿孔区一般安装5～6组三辊导向装置。
三辊导向装置的控制如图2所示：三辊导向装置的开度大小反映在液压缸行程上，油缸的行程由内置的位移传感器给出模拟量信号，该信号作为控制器的输入信号。监控计算机给出的参考位置与三辊导向装置实际位置进行比较，控制量通过液压比例阀对三辊导向装置进行闭环控制，保证了三辊导向装置的位置总是在参考位置范围内。
在轧制过程中，根据不同的轧制批号，要求的三辊导向装置内切圆直径大小连续可变，保证控制精度最重要的一环就是根据液压缸的行程计算内切圆的大小。
油缸的行程由内置的位移传感器给出4-20mA的模拟量输入信号。在PLC系统中可以线性转换成0-Lmax，其中Lmax为位移传感器的测量上限。
已有的文献中三辊导向装置的标定都是如下步骤：
1)选定某组三辊导向装置，放入直径为y1的1#样棒，手动将三辊导向装置抱紧标准管，记下内置位移传感器的输入信号反映的液压缸行程x1i。
2)再放入直径为y2的2#样棒，手动将三辊导向装置抱紧标准管，记下内置位移传感器的输入信号反映的液压缸行程x2i。
3)建立该组三辊导向装置的近似线性模型，对于某个液压缸行程xi，反映的孔径大小yi，
用该方法进行下一组三辊装置的标定。
经过实践发现，该方法有如下弊端：
没有使用机械商提供的孔型大小与液压缸行程之间的技术数据；把液压缸行程和孔径大小近似成了线性方程，与真实非线性特性误差过大；需要使用两根样棒，操作麻烦。
发明内容
本发明是一种三辊导向装置的控制方法。本发明的标定方法如下：根据机械商提供的几组数据，拟合出位移传感器和孔型的非线性关系，液压缸行程(X)与孔径大小(Y)的关系可以表示成Y＝f(X)，借助matlab软件可以对这些数据点拟合成非线性函数；选定一组三辊导向装置；放入样棒使三辊导向装置抱紧，记下抱紧时位移传感器的数值，将三辊导向装置进行标定；。
本发明可以充分利用机械商提供的技术数据，使用更精确地非线性模型，减少标定过程操作次数。
附图说明
图1为三辊导向装置机械原理图；
图2为三辊导向装置的控制示意图；
图3为三辊导向装置标定步骤；
图4为三辊导向装置孔径计算流程。
图中，件1、2和3为导辊。
具体实施方式
下面结合附图3-4对本发明的第一实施例作进一步说明：
三辊导向装置标定步骤如图3：
根据机械商提供的几组数据，拟合出位移传感器和孔型的非线性关系，液压缸行程(X)与孔径大小(Y)的关系可以表示成Y＝f(X)，借助matlab软件可以对这些数据点拟合成非线性函数；选定一组三辊导向装置，放入样棒使三辊导向装置抱紧，记下抱紧时位移传感器的数值，将所有的三辊导向装置进行标定。
对于第i(i＝1，2…5)组三辊导向装置原始测量值处理步骤如图4：
根据标定数值Xi0和理论数值X0比较，求出该装置偏差Ei＝Xi0-X0；读入位移传感器读数Xi；根据位移传感器数值和偏差值，求出转化后的实际值X′i＝Xi-Ei；通过位移传感器和孔型的非线性关系，求出实际孔型Yi＝f(Xi-Xi0+X0)。
式中，变量含义如下：
Xi0为第i组三辊导向装置手动抱紧样棒时的液压缸行程原始测量值；
X0为样棒对应的理论液压缸行程，满足X0＝f-1(Y0)，其中Y0为样棒直径；
Ei为第i组三辊导向装置位移传感器误差；
Xi为任意时刻液压缸行程原始测量值；
X′i为修正后的液压缸行程测量值；
Yi为液压缸行程为Xi时反映的孔型大小。
对于标准样棒所有的液压行程理论上是相同，但是在测量液压缸行程的位移传感器因为安装环境、转换精度等条件的影响，每组导辊在抱紧时，所有的位移传感器读数与理论值可能不同，因此需要对每个位移传感器的原始测量值进行处理。
根据机械商提供的几组数据，液压缸行程与孔型的非线性关系更好的体现；现在只需要一根样棒就可以完成所有三辊导向装置的标定。
如某108穿孔机后台三辊导向装置使用该方法进行标定，根据机械商提供的三辊装置数据见表1：
  孔径大小(mm)   ￠331.209   ￠236   ￠219   ￠194   ￠159   ￠150   ￠39.683
  液压缸行程(mm)   0   33.993   41.192   53.056   70.2   74.693   115
液压缸行程的输出为4-20mA模拟量信号，在模块配置中把电流信号转换成0-135mm的工程数值，下文都用液压缸行程作为模块的输入数值。
液压缸行程与孔径大小的近似数学模型经过matlab软件仿真验证：
Figure A20081007024100061
已经能满足很高的精度，其中j＝0，1，2，3，aj为系数。
经过计算，其对应关系为：
Y＝f(X)＝-1.4918×10-4X3+2.5766×10-2X2-3.5254X+331.28。
根据上式也可以得到孔径大小(Y)与液压缸行程(X)的函数关系为：
X＝f-1(Y)，对于样棒Y0＝128，X0＝f-1(Y0)＝f-1(128)＝84.224。
按照本发明的方法标定时，每组三辊导向装置液压缸行程测量值大小都有很大的差异，实际数据见表2：
  1#三辊装置   2#三辊装置   3#三辊装置   4#三辊装置   5##三辊装置
  液压缸行程测量值Xi0 86.46235 84.91244 88.33182 86.21962 86.08646
在生产过程中，控制器得到对于1～5#液压缸行程，通过模块进行控制，该模块把液压缸行程转换成孔型大小。
输入为Xi，Xi0，输出为Yi。
程序如下：
Ei＝Xi0-84.224
X′i＝Xi-Ei
Yi＝-1.4918×10-4Xi′3+2.5766×10-2Xi′2-3.5254X′i+331.28
本发明的方法可以充分利用机械商提供的技术数据，使用更精确地非线性模型，只需要一根样棒就可以完成所有三辊导向装置的标定，减少标定过程操作次数。增加了标定的精度，为今后现场调试以及维护提供了便捷。

Claims (2)

1、一种三辊导向装置的标定方法，其特征在于：根据机械商提供的几组数据，拟合出位移传感器和孔型的非线性关系，液压缸行程(X)与孔径大小(Y)的关系可以表示成Y＝f(X)，借助matlab软件可以对这些数据点拟合成非线性函数；选定一组三辊导向装置，放入样棒使三辊导向装置抱紧，记下抱紧时位移传感器的数值，将所有的三辊导向装置进行标定。
2、根据权利要求1所述的一种三辊导向装置的标定方法，其特征在于：根据标定数值Xi0和理论数值X0比较，求出该装置偏差Ei＝Xi0-X0；读入位移传感器读数Xi；根据位移传感器数值和偏差值，求出转化后的实际值X′i＝Xi-Ei；通过位移传感器和孔型的非线性关系，求出实际孔型Yi＝f(Xi-Xi0+X0)。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104361186A (zh) * 2014-11-26 2015-02-18 湖北理工学院 一种三辊导向装置连杆机构的优化设计方法
CN112058920A (zh) * 2020-08-20 2020-12-11 四川易尚天交实业有限公司 轧机及导卫的孔型校准方法及校准系统
CN113770177A (zh) * 2021-07-21 2021-12-10 北京弥天科技有限公司 一种快速精确的位置控制方法

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