CN102256716B - 主动抑制液压系统中的压力波动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于主动地对用于铁材、钢材或者铝材的冷轧机列或者热轧机列或者带材处理设备的液压系统（10）中的压力波动或者压力脉动进行抑制的一种方法和一种装置。本发明的任务是，提供用于主动地对冷轧机列或者热轧机列或者带材处理设备的液压系统中的压力波动或者压力脉动进行抑制的一种方法和一种装置，利用所述方法和装置可以借助于简单而价廉的装置来特别有效地抑制出现的压力波动或者说压力脉动。该任务通过一种方法得到解决，其中实施以下方法步骤：a）借助于压力检测仪（1）通过持续测量液压系统中的压力来检测压力信号（2）；b）求得压力信号（2）的交变分量；c）借助于控制器（4）在考虑到至少一个额定值和所述交变分量的情况下实时求得至少一个随时间变化的控制量（6）；d）给至少一个致动器（9）加载所述控制量（6），其中所述致动器（9）改变与所述控制量（6）相应的并且与所述液压系统处于连接的体积，由此抑制所述液压系统（10）中的压力波动。

Description

主动抑制液压系统中的压力波动的方法和装置

技术领域

本发明涉及用于主动地对用于铁材、钢材或者铝材的冷轧机列或者热轧机列或者带材处理设备的液压系统中的压力波动或者压力脉动进行抑制的一种方法和一种装置。

背景技术

已经知道，液压系统中的周期性出现的压力波动或者非周期性的压力脉动引起不同的问题，比如过度的噪声产生、组件的使用寿命的降低、控制回路的干扰等等。压力波动或者说压力脉动要么会在液压系统内部比如通过泵的输送量的不均匀或者通过阀的控制等等所引起，不过要么也会在外部比如通过液压缸或者液压马达上的周期性的负荷波动所引起。此外知道，尤其对于具有较高的动态性的比如由稳态的液压阀（比如以电气方式控制的比例阀或者伺服阀）以及液压缸或者液压马达构成的液压系统来说，会在液压系统中出现剧烈的压力波动。

事实已经表明，在现代的轧机列或者带材处理设备的液压系统中—比如在进行液压的轧辊压下操作时—会出现剧烈的压力波动，所述压力波动则会导致组件的使用寿命降低，但也会在轧机列的机架上导致巨大的损坏和/或轧制物的缺陷。这首先通过以下方式所引起，即一方面—由于较高的轧制力或者轧制速度—使用越来越快地反应的液压系统（较高的动态性）并且在另一方面—由于对反应时间和经济性的较高的要求—降低液压系统中的阻尼（比如液压缸的密封件中的粘性的阻尼）。

由DE 4 302 977 A1公开了一种用于主动地对液压动力源中的压力波动进行抑制的装置，该装置具有压力传感器、具有所配属的放大器的控制装置以及体积补偿器。不过，无法从该公开文件中获得用于有待实施的方法的具体规定或者说用于将所述装置有利地用在轧机列或者说带材处理设备中的更多的说明。

发明内容

本发明的任务是，提供用于主动地对冷轧机列或者热轧机列或者带材处理设备的液压系统中的压力波动或者压力脉动进行抑制的一种方法和一种装置，利用所述方法和装置可以借助于简单而价廉的装置来特别有效地抑制出现的压力波动或者说压力脉动。

下面不再在周期性出现的压力波动和非周期性出现的压力脉动之间进行区分；这两种波动类型总称为压力波动。

该任务通过一种开头所述类型的方法得到解决，其中以所提到的顺序实施以下方法步骤：

a）借助于压力检测仪通过持续测量液压系统中的压力来检测压力信号；

b）求得压力信号的交变分量；

c）借助于控制器在考虑到至少一个额定值和所述交变分量的情况下实时地求得至少一个随时间变化的控制量；

d）给至少一个致动器加载所述控制量，其中所述致动器改变与所述控制量相应的并且与所述液压系统处于连接的体积，由此抑制所述液压系统中的压力波动。

在此借助于压力检测仪（比如用压电的、压阻的或者DMS（应变测量片）测量计）通过持续测量用于铁材、钢材或者铝材的冷轧机列或者热轧机列或者带材处理设备的液压系统中的压力来检测压力信号。液压系统是指以液压方式彼此处于连接的液压设备的区段（典型地是液压的回路或者说液压轴），比如液压阀与液压缸之间的区域包括液压管路或者液压软管。随后，从所述压力信号中求得交变分量，也就是移走压力信号的不变分量，并且将其输送给控制器。所述交变分量的求得要么可以通过电子的滤波模块要么可以通过数字的滤波器来进行（比如借助于由压力信号的n个测量值（滤波级n）构成的观察窗（英语“sliding window”）来移走不变分量；当然不过也可以只有在控制器的算法中移走DC分量）；作为替代方案也可以借助于压电的压力检测仪和要么布置在所述压力检测仪后面要么集成在压力检测仪中的电荷放大器来求得所述交变分量。所述控制器在考虑到至少一个额定值和所述压力信号的交变分量的情况下求得至少一个随时间变化的控制量，该控制量用于给至少一个致动器加载可变的体积。通过用所述控制量进行的加载，所述致动器释放与所述控制量相应的体积。换句话说，通过所述致动器来改变所述液压系统的体积，由此至少部分地对随压力波动而出现体积流波动进行补偿，并且因此也抑制压力波动。为零的控制量比如可以相应于平均的体积，也就是说相应于所述致动器的中性的或者未偏移的位置；不过当然也可以这样安排，即为零的控制量与最小的体积相应；最大的控制量而后比如可以随最大的体积而出现。控制量信号的从控制器到致动器的传输可以用线缆或者以无线方式（比如通过无线电）来进行。

有利的是，使所述压力信号的交变分量要么经受高通滤波要么经受带通滤滤。借助于高通滤波，可以有针对性地使压力波动的抑制与在系统中可能存在的其它的控制回路比如液压缸的位置控制回路或者力控制回路上脱耦。带通滤波能够有针对性地抑制压力波动的特定的频率范围（比如与轧机机架或者说子系统的固有频率重合的频率范围或者具有较高的振幅或者说强度的频率范围）；当然可以使用适应性的带通滤波器—所述带通滤波器比如自动地将具有较高的振幅的频带隔离）。

如果期望将出现的压力波动完全消除，那么所述控制器就在求取所述控制量时使用为零的额定值。

因为每个真实的致动器都在传输特性方面具有相移，所以可以将所述随时间变化的控制量输送给超前/滞后元件（Lead/Lag Glied）并且在此有针对性地改变相位。如果比如致动器的频率响应对于特定的频率f来说滞后了30°，那就可以借助于在频率f时具有30°的相移的超前元件在频率为f时完全补偿致动器的相移。

所述方法的另一种有利的实施方式在于，将所述随时间变化的控制量在放大之后输送给所述致动器。由此可以将控制器中的信号处理部分与功率部分分开，由此致动器上的高功率可以与较高的控制精度相结合。

因为压下缸的液压系统中的压力波动对轧制物的质量具有直接的影响并且因此尤其带有干扰性，所以有利的是，将所述按本发明的方法运用到轧机机架的压下缸的液压系统上。

另一种有利的实施方式在于，从所述交变分量中滤出不同的频带，将所述频带输送给至少一个控制器用于求得随时间变化的控制量，而后将所述控制量输送给至少一个致动器，该致动器改变与所述控制量相应的并且与所述液压系统处于连接的体积，由此抑制液压系统中的压力波动。由此可以不仅仅抑制所述压力波动的频率分量，而是同时抑制多个—比如基振的整数谐振—频率分量。

为了能够尽可能直接地实施所述按本发明的方法从而解决本发明的任务，有利的是，所述装置具有：至少一个与所述液压系统处于连接的用于检测压力信号的压力检测仪、用于求得所述压力信号的交变分量的元件、至少一个控制装置和至少一个与所述液压系统处于连接的具有可变的体积的致动器，其中能够将所述压力信号输送给所述用于求得压力信号的交变分量的元件，其中能够将所述交变分量和额定值输送给所述控制装置并且借助于所述控制装置能够求得至少一个控制量，并且其中能够将所述控制量输送给所述致动器。

在此可以获得特别耐用的且高动态性的此外也还可以施加较高的力的致动器，如果所述致动器构造为压电的或者磁致伸缩的致动器。压电的致动器为本领域的技术人员所熟悉；磁致伸缩的致动器比如由Etrema公司的材料Terfenol-D®制成的致动器具有卓越的动态性的特性并且同样可以有利地加以使用。

在所述按本发明的装置的另一种有利的实施方式中，致动器配备了用于检测压力信号的压力检测仪。在一种实施方式中，压力检测仪处于构造为空心缸的致动器中。通过所述特殊的布置结构可以提供由致动器和检测仪构成的紧凑的结构单元，在此仅仅必须一次性地电气连接所述结构单元。

可以以特别有利的方式将所述按本发明的装置集成到轧制设备的至少由液压阀、液压缸和液压管路或者说液压软管构成的液压系统中，如果所述装置与轧制机架的轧辊压下装置的液压阀和液压缸处于连接。所述安装结构在将所述装置安装到液压阀的间隔板中之后特别紧凑。

所述按本发明的方法或者所述装置可以有利地用在铸轧联合设备上尤其用在薄板铸造设备上，特别优选用在二辊式铸造设备上或者用在ESP（Endless Strip Production（连续带材生产））类型的薄板坯铸造设备上。

附图说明

本发明的其它优点和特征从以下对非限制性的实施例所作的说明中获得，其中参照以下附图，附图示出如下：

图1是用于主动地对轧机列的液压系统中的压力波动进行抑制的受控对象的示意图，

图2是按本发明的用于对轧机列的液压系统中的压力波动进行抑制的装置的示意图，

图3和4是具有集成的测量装置的致动器的示意图。

具体实施方式

图1示出了用于对轧机列的液压系统中的压力波动进行抑制的受控对象的基本构造。通过压力检测仪1来检测液压系统10中的压力信号2，将所述压力信号2输送给高通滤波器3（关于电子电路的细节比如参见剑桥大学出版社P. Horowitz,W. Hill的The Art of Electronics第二版1989年第35页），该高通滤波器3确定压力信号2’的交变分量并且将其输送给控制器4。这个控制器4借助于控制规律在考虑到交变分量2’和额定量5的情况下实时地算出随时间变化的控制量6，将该控制量6输送给超前/滞后元件（Lead/Lag Glied）7。通过所述超前/滞后元件7来改变所述控制量6的相位，由此至少部分地对致动器9的相移进行补偿。紧接在所述超前/滞后元件7后面借助于放大器8在电压振幅和电流强度方面对移相的控制量信号进行放大并且随后将其输送给所述致动器9。通过所述致动器9来改变与所述控制量相应的并且与所述液压系统10相连接的体积，该体积至少部分地对随压力波动而出现的体积流波动进行补偿，由此也对压力波动进行补偿。

在图2中示出了示意性的用于对用于轧制铁材或者钢材的轧机机架的液压系统中的压力波动进行抑制的装置。压力信号2借助于压力检测仪1通过持续测量液压系统10中的压力来检测，所述液压系统10用于压下轧辊14以对由铁材或钢材制成的轧制物15进行轧制，其中所述液压系统包括液压阀11、液压缸12和液压管路13。所述压力检测仪1要么处于压电的致动器9’与液压缸12之间的区段中（如绘出的一样）要么处于所述液压阀11与致动器9’之间的区段中。当然也可以这样安排，即在所述压电的致动器9’与液压缸12之间或者在所述液压阀11与致动器9之间布置了多个压力检测仪。将所述压力信号2传输给数字的控制器4，该控制器4确定所述交变分量的频带并且在考虑到额定值5的情况下并且借助于控制算法来算出随时间变化的控制量6。该控制量6在未示出的放大器中放大之后输送给压电的致动器9’，该致动器9’释放与所述控制量6相应的并且与所述液压管路13处于连接的体积，从而至少部分地对随压力波动而出现的体积流波动进行补偿，由此也对压力波动进行补偿。

在图3和4中示出了具有集成的压力检测仪1的磁致伸缩的致动器9’’的示意图。在图3中，所述致动器9’’构造为空心缸，所述压力检测仪1集成到所述致动器9’’的空腔中，这个空腔借助于活塞16、密封件17和壳体相对于液压系统10得到密封。在图4中，所述压力检测仪1集成到所述致动器9’’中，由此所述由压力检测仪1和致动器9’’构成的部件的安装再次得到简化。在图3和4这两张图中，所述致动器9’’通过电气线路18得到供电；电气线路19向所述压力检测仪1供电并且将测量数据传输给滤波器或者说具有集成的滤波器的控制器。

当然，所述按本发明的方法或者所述装置可以用在移动液压设备或者工业液压设备的任意的液压系统中。

附图标记列表

1 压力检测仪

2 压力信号

2’ 压力信号的交变分量

3 带通滤波器

4 控制器

5 额定量

6 控制量

7 超前/滞后元件

8 放大器

9 致动器

9’ 压电的致动器

9’’ 磁致伸缩的致动器

10 液压系统

11 液压阀

12 液压缸

13 液压管路

14 轧辊

15 轧制物

16 活塞

17 密封件

18 电气线路

19 电气线路。

Claims (15)

1.用于主动地对用于铁材、钢材或者铝材的冷轧机列或者热轧机列或者带材处理设备的液压系统中的压力波动进行抑制的方法，该方法包括以下按所提到的顺序的方法步骤：

a）借助于压力检测仪通过持续测量液压系统中的压力来检测压力信号；

b）求得压力信号的交变分量；

c）借助于控制器在考虑到至少一个额定值和所述交变分量的情况下，实时求得至少一个随时间变化的控制量；

d）给至少一个致动器加载所述控制量，其中所述致动器改变与所述控制量相应的并且与所述液压系统处于连接的体积，由此抑制所述液压系统中的压力波动。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交变分量要么经受高通滤波，要么经受带通滤波。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器在求取所述控制量时使用为零的额定值。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述随时间变化的控制量输送给超前/滞后元件并且在此改变相位。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述随时间变化的控制量在放大之后输送给所述致动器。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将该方法运用到轧机机架的压下缸的液压系统上。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于，从所述交变分量中滤出不同的频带，将所述频带输送给至少一个控制器用于求得随时间变化的控制量，将所述控制量输送给至少一个致动器，该致动器改变与所述控制量相应的并且与所述液压系统处于连接的体积，由此抑制液压系统中的压力波动。

8.用于主动地对用于铁材、钢材或者铝材的冷轧机列或者热轧机列或者带材处理设备的液压系统中的压力波动进行抑制的装置，该装置具有至少一个与所述液压系统处于连接的用于检测压力信号的压力检测仪、用于求得所述压力信号的交变分量的元件、至少一个控制装置和至少一个与所述液压系统处于连接的具有可变的体积的致动器，其中能够将所述压力信号输送给所述用于求得压力信号的交变分量的元件，其中能够将所述交变分量和额定值输送给所述控制装置并且借助于所述控制装置能够求得至少一个控制量，并且其中能够将所述控制量输送给所述致动器。

9.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述致动器构造为压电的或者磁致伸缩的致动器。

10.按权利要求8所述的装置，其特征在于，致动器配备了用于检测压力信号的压力检测仪。

11.按权利要求10所述的装置，其特征在于，压力检测仪处于构造为空心缸的致动器中。

12.按权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置与轧机列的轧机机架的压下机构的液压阀和液压缸处于连接。

13.将按权利要求1到7中任一项所述的方法或按权利要求8到12中任一项所述的装置在金属材料的加工和/或制造上的应用。

14.按权利要求13所述的应用，其应用在铸轧联合设备上。

15.按权利要求14所述的应用，其中所述铸轧联合设备是薄带铸造设备或者薄板坯铸造设备。

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