CN109158430B - 一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于复合板轧制成形的电液伺服控制技术领域，具体涉及一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法。在利用波纹辊轧机进行复合板生产的过程中，伺服液压缸无杆腔势必会有压力波动与冲击，为了减小轧制过程中伺服液压缸无杆腔的压力波动与冲击，对复合板的轧制过程实现精确控制，需要通过位置补偿控制器将压力波动信号以位置补偿的形式实时嵌入到位置闭环控制过程中，从而提高液压系统的控制性能。位置补偿控制器会对波纹辊轧机液压伺服系统是否进行位置补偿自动做出判断。该发明简单易懂，改善了波纹辊轧机液压系统的控制性能，为波纹辊轧机液压伺服系统的控制方法提供了一种新思路，对现实的生产具有指导意义。

Description

一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法
技术领域
本发明属于复合板轧制成形的电液伺服控制技术领域，具体涉及一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法。
背景技术
传统的复合板轧制生产工艺是轧机的上下工作辊都分别采用平辊与两种金属接触进行轧制生产，从而实现两种金属的横向与纵向延伸，但是在实际的生产中，由于上下两种金属的延伸率不一样，很容易造成金属大曲率翘曲，不能连续化生产。复合板波纹辊轧制技术是一项变革性与颠覆性技术，可以促进两种材料更好的实现冶金结合，提高结合强度，实现连续化生产。但是，由于波纹辊的辊型曲线为正弦函数曲线，而压下系统采用的是位置闭环控制(AGC)，压力是开环控制。在轧制复合板的过程中势必会引起液压系统的压力波动与冲击，造成辊缝的波动，从而影响复合板的生产质量。
发明内容
本发明的目的是提供一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法。该发明方法有效克服了现有技术的不足，在复合板轧制的过程中通过位置补偿控制器将压力波动信号以位置补偿的形式实时嵌入到位置闭环控制过程中，提高了液压系统的控制性能。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法，所述波纹辊轧机液压伺服系统包括波纹辊轧机，波纹辊轧机的伺服液压缸的活塞杆端部固定于波纹辊轧机的机架上，伺服液压缸的缸体端作用于波纹辊轧机的上波纹辊轴承座；所述伺服液压缸的有杆腔与背压系统相连通，伺服液压缸的活塞杆内安装有内置磁致伸缩位移传感器，内置磁致伸缩位移传感器的位移信号输出端通过A/D转换器与工控机的信号输入端相连接，工控机的信号输出端通过D/A转换器与伺服阀的控制端相连接，伺服阀的P口通过带有电机的液压泵与油箱相连接，伺服阀的A口与伺服液压缸的无杆腔相连通，伺服液压缸的无杆腔安装有压力传感器，压力传感器的压力信号输出端与位置补偿控制器相连接，位置补偿控制器的信号输出端与工控机的信号输入端相连接；
所述位置补偿控制方法包括：上波纹辊与下波纹辊在对复合板坯进行轧制时，压力传感器对伺服液压缸的无杆腔的压力进行实时检测；当压力传感器检测到伺服液压缸的无杆腔的压力P达到压力设定阈值P0时，位置补偿控制器开始进行位置补偿运算，将位置补偿量x补偿实时嵌入到位置闭环控制过程中；当伺服液压缸无杆腔的压力小于压力设定阈值P0时，位置补偿控制器停止运算；
所述位置补偿量x补偿的表达式如下：
其中，K为负载刚度；
Δp为t+1时刻伺服液压缸无杆腔的工作压力pt+1与t时刻伺服液压缸无杆腔的工作压力pt的压力差；
A1为伺服液压缸活塞的工作面积；
A0代表波纹辊轧机轧制力的振动幅值；
ft+1为t+1时刻波纹辊轧机轧制力的频率；
ft为t时刻波纹辊轧机轧制力的频率。
本发明的优点与积极效果是：
(1)通过位置补偿控制器的使用，减小了液压系统的压力波动，保证了波纹辊轧机辊缝的精确控制，同时实现了位置压力的协同控制。
(2)本发明的控制方法简单易懂，易于实现，优化了波纹辊轧机液压系统的控制性能。
(3)本发明的实现为波纹辊轧机液压伺服系统的控制方法提供了一种新思路，对现实的生产具有指导意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制示意图。
图2为本发明波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制器示意图。
图1中：1-电机，2-液压泵，3-伺服阀，4-机架，5-上波纹辊，6-下波纹辊，7-伺服液压缸，8-内置磁致伸缩位移传感器，9-复合板坯，10-背压系统，11-A/D转换器，12-工控机，13-D/A转换器，14-压力传感器，15-位置补偿控制器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细的说明。
一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法，
所述波纹辊轧机液压伺服系统包括波纹辊轧机，波纹辊轧机的伺服液压缸7的活塞杆端部固定于波纹辊轧机的机架4上，伺服液压缸7的缸体端作用于波纹辊轧机的上波纹辊5的轴承座上；所述伺服液压缸7的有杆腔与背压系统10相连通，伺服液压缸7的活塞杆内安装有内置磁致伸缩位移传感器8，内置磁致伸缩位移传感器8的位移信号输出端通过A/D转换器11与工控机12的信号输入端相连接，工控机12的信号输出端通过D/A转换器13与伺服阀3的控制端相连接，伺服阀3的P口通过带有电机1的液压泵2与油箱相连接，伺服阀3的A口与伺服液压缸7的无杆腔相连通，伺服液压缸7的无杆腔安装有压力传感器14，压力传感器14的压力信号输出端与位置补偿控制器15相连接，位置补偿控制器15的信号输出端与工控机12的信号输入端相连接；
所述位置补偿控制方法包括：上波纹辊5与下波纹辊6在对复合板坯9进行轧制时，压力传感器14对伺服液压缸7的无杆腔的压力进行实时检测；当压力传感器14检测到伺服液压缸7的无杆腔的压力P达到压力设定阈值P0时，位置补偿控制器15开始进行位置补偿运算，将位置补偿量x补偿实时嵌入到位置闭环控制过程中；当伺服液压缸7无杆腔的压力小于压力设定阈值P0时，位置补偿控制器15停止运算；
所述位置补偿量x补偿的表达式如下：
其中，K为负载刚度；
Δp为t+1时刻伺服液压缸7无杆腔的工作压力pt+1与t时刻伺服液压缸7无杆腔的工作压力pt的压力差；
A1为伺服液压缸7活塞的工作面积；
A0代表波纹辊轧机轧制力的振动幅值；
ft+1为t+1时刻波纹辊轧机轧制力的频率；
ft为t时刻波纹辊轧机轧制力的频率。
在本发明中，所有的波纹辊轧机轧制力均指代的是上波纹辊5轴承座所受的力，此为本领域公知常识。另外本发明给出了波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿量x补偿的计算方法，具体计算过程如下：
t+1时刻伺服液压缸7与轧制力的平衡方程为：
其中，
A1为伺服液压缸7活塞的工作面积(无杆腔腔体横截面面积)；
pt+1为t+1时刻伺服液压缸7无杆腔的工作压力；
ma为活塞及负载折算到活塞上的总质量；
xt+1为t+1时刻伺服液压缸7活塞的位移；
at+1为t+1时刻伺服液压缸7活塞的加速度；
Bf为粘性阻尼系数；
vt+1为t+1时刻伺服液压缸7活塞运行速度；
K为负载刚度；
Ft+1为t+1时刻波纹辊轧机轧制力。
t时刻伺服液压缸与轧制力的平衡方程为：
其中，
pt为t时刻伺服液压缸7无杆腔的工作压力；
xt为t时刻伺服液压缸7活塞的位移；
Ft为t时刻波纹辊轧机轧制力；
at为t时刻伺服液压缸7活塞的加速度；
vt为t时刻伺服液压缸7活塞的运行速度。
因此，
t时刻波纹辊轧机轧制力近似简化为Ft＝F0+A0 sin2πftt
t+1时刻波纹辊轧机轧制力近似简化为Ft+1＝F0+A0 sin2πft+1(t+1)
其中，
F0代表波纹辊轧机轧制力的稳定值；
A0代表波纹辊轧机轧制力的振动幅值；
ft+1为t+1时刻波纹辊轧机轧制力的频率；
ft为t时刻波纹辊轧机轧制力的频率。
则t+1时刻与t时刻伺服液压缸7与轧制力的平衡方程可以分别表示为：
上面两个式子作差同时进行变形，得到
令，Δp＝pt+1-pt，Δa＝at+1-at，Δv＝vt+1-vt，Δx＝xt+1-xt
则A1·Δp＝ma·Δa+Bf·Δv+K·Δx+A0(sin2πft+1(t+1)-sin2πftt)
K·Δx＝A1·Δp-ma·Δa-Bf·Δv-A0(sin2πft+1(t+1)-sin2πftt)
波纹辊轧机轧制过程是一个高速重载的过程，液压系统在相邻两个时间段内加速度和速度的变化很小，即Δa＝at-at-1近似为零，Δv＝vt-vt-1近似为零，所以为了简化控制过程，将上述两项忽略不计，从而将上式化简为
则位置补偿控制器的表达式如下所示：
其中，P0为位置补偿控制器的压力设定阈值。
如图1和图2所示：波纹辊轧机采取伺服液压缸7的活塞杆与机架4固定的倒置安装方式(活塞杆固定，缸体运行)。活塞杆内部安装有内置磁致伸缩位移传感器8，伺服液压缸7有杆腔接背压系统10。在复合板轧制的过程中，电机1通过驱动液压泵2来给系统提供需要的高压油，高压油通过伺服阀3的P-A通道流入伺服液压缸7的无杆腔内，从而驱动上波纹辊5向下运动。运动的过程中，通过内置磁致伸缩位移传感器8与伺服阀3组成位置闭环来控制波纹辊轧机的辊缝(上波纹辊5与下波纹辊6的间距)。由于波纹辊的辊型曲线是正弦函数曲线，在轧制复合板坯9的过程中，伺服液压缸7无杆腔势必会有压力波动与冲击。压力传感器14对伺服液压缸7无杆腔的压力进行实时检测。当压力传感器检测到伺服液压缸7的无杆腔压力达到压力设定阈值P0时，位置补偿控制器15开始进行位置补偿运算，将位置补偿量x补偿实时嵌入到位置闭环控制过程中，提高了液压系统的控制性能。当伺服液压缸7无杆腔的压力小于压力设定阈值P0时，系统位置补偿运算停止。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种波纹辊轧机液压伺服系统位置补偿控制方法，其特征在于，
所述波纹辊轧机液压伺服系统包括波纹辊轧机，波纹辊轧机的伺服液压缸(7)的活塞杆端部固定于波纹辊轧机的机架(4)上，伺服液压缸(7)的缸体端作用于波纹辊轧机的上波纹辊(5)的轴承座上；所述伺服液压缸(7)的有杆腔与背压系统(10)相连通，伺服液压缸(7)的活塞杆内安装有内置磁致伸缩位移传感器(8)，内置磁致伸缩位移传感器(8)的位移信号输出端通过A/D转换器(11)与工控机(12)的信号输入端相连接，工控机(12)的信号输出端通过D/A转换器(13)与伺服阀(3)的控制端相连接，伺服阀(3)的P口通过带有电机(1)的液压泵(2)与油箱相连接，伺服阀(3)的A口与伺服液压缸(7)的无杆腔相连通，伺服液压缸(7)的无杆腔安装有压力传感器(14)，压力传感器(14)的压力信号输出端与位置补偿控制器(15)相连接，位置补偿控制器(15)的信号输出端与工控机(12)的信号输入端相连接；
所述位置补偿控制方法包括：上波纹辊(5)与下波纹辊(6)在对复合板坯(9)进行轧制时，压力传感器(14)对伺服液压缸(7)的无杆腔的压力进行实时检测；当压力传感器(14)检测到伺服液压缸(7)的无杆腔的压力P达到压力设定阈值P0时，位置补偿控制器(15)开始进行位置补偿运算，将位置补偿量x补偿实时嵌入到位置闭环控制过程中；当伺服液压缸(7)无杆腔的压力小于压力设定阈值P0时，位置补偿控制器(15)停止运算；
所述位置补偿量x补偿的表达式如下：
其中，K为负载刚度；
Δp为t+1时刻伺服液压缸(7)无杆腔的工作压力pt+1与t时刻伺服液压缸(7)无杆腔的工作压力pt的压力差；
A1为伺服液压缸(7)活塞的工作面积；
A0代表波纹辊轧机轧制力的振动幅值；
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ft为t时刻波纹辊轧机轧制力的频率。
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