CN111036684A - 一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，涉及轧制过程自动控制技术领域。该方法通过左液压缸位置设定来确定右液压缸位置设定，当左液压缸的实际位移曲线产生偏差时，左液压缸伺服阀接受自身的位置PI控制器调节，当右液压缸的实际位移曲线产生偏差时，右液压缸伺服阀接受自身的位置PI控制器调节。同时，采用位置偏差PI控制器来协调左、右液压缸的位置偏差，当左液压缸的实际位移曲线落后于设定位移曲线时，增大左液压缸伺服阀开口度，减小右液压缸伺服阀开口度，从而保持左、右液压缸相对的位置关系，以保持设定剪切角。

Description

一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法

技术领域

本发明涉及轧制过程自动控制技术领域，尤其涉及一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法。

背景技术

在中厚板切头、切尾、分段的过程中，一种液压式滚切剪正在逐步的被越来越多的钢厂所应用。液压滚切剪具有结构简单，质量轻，成本低，剪切力大，钢板断口质量好，对框架地基冲击小等特点。液压滚切剪结构如图1所示。

液压滚切剪的运动轨迹是左液压缸先动作一段时间，右液压缸才动作，左、右液压缸的位移差和速度差在整个剪切过程中使上剪刃和下剪刃上的钢板形成一个相对稳定的切入角。右液压缸未动作时，液压油全部供给左液压缸，当左、右液压缸同时运动时液压油分配给左、右液压缸。液压滚切剪因其结构上的特点要求左、右两个液压缸必须按照一定的运动关系，这样既能保证不会产生刀架水平倾斜角度过大与机械本身外部框架发生碰撞，又能保证在整个剪切过程的剪切力最大。

常规液压剪的控制方法是先由工艺人员根据设备的具体情况提出左、右液压缸的设定位移曲线，然后将左、右液压缸的设定位移曲线与位移传感器读出的实际位移曲线的差值分别输入PI控制器，PI控制器的输出值转化成伺服阀的开口度控制液压缸动作来消除各自的位置偏差，使左、右液压缸实际位移曲线接近设定位移曲线。常规液压剪的控制方法原理图如图2所示。

但在实际生产应用中发现，(1)左液压缸、右液压缸两侧偏差不受控；(2)左液压缸、右液压缸两侧运动速度不一致。

截止目前为止，因左、右液压缸同时动作使液压系统流量减少而导致的左、右液压缸实际位移曲线与设定位移曲线相差较大，造成整个剪切轨迹发生变化，剪切角变小，剪切力变小，钢板断口质量差，这种变化很难通过常规PID控制调整伺服阀开口控制液压缸动进行有效的解决。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，使左、右液压缸同步或保持一定运动关系，从而提高中厚板液压滚切剪伺服控制系统的稳定性和断口质量。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，应用于中厚板液压滚切剪伺服控制系统，所述中厚板液压滚切剪伺服控制系统需满足以下基本电气硬件要求：

1)左、右液压缸分别安装一台位移传感器用于检测两个液压缸活塞杆的位移；

2)左、右液压缸分别安装一台接受模拟量信号控制的伺服阀，用于控制两个液压缸的动作；

3)三台带有输入输出接口模板、可以进行数学和逻辑运算的PI控制器；

所述中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，包括以下步骤：

步骤1：对左液压缸进行控制，将左液压缸的设定位移曲线S_左设与由左液压缸位移传感器测得的实际位移曲线S_左实组成独立的闭环控制，将设定位移曲线作为设定值，实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入到左液压缸位置PI控制器中，左液压缸位置PI控制器将输出信号V_左转换成左液压缸伺服阀的开口度，通过控制伺服阀的开口使左液压缸的实际位移曲线与设定位移曲线的差值小于设定阈值；

在对左液压缸进行位置控制时，采用非线性补偿器对左液压缸进行压降补偿；

所述非线性补偿器对液压缸进行压降补偿的具体方法为：

考虑伺服阀阀口油流量与阀口压力差的非线性关系，对最后的伺服阀电流输出根据液压缸上行和下行的情况进行压降补偿，补偿系数K_c0如下公式所示：

进油时：

出油时：

其中，P_sys为中厚板液压滚切剪伺服控制系统压力，P_sym为由伺服阀的均衡点确定的均衡压力，P_cyl为液压缸内的压力，P_tnk为中厚板液压滚切剪伺服控制系统回油压力；

同时，设置一个可调整增益对补偿系数K_c0进行调整，进而确定压降补偿量；所述可调整增益在0～1之间，如果可调整增益设为0，则代表不对补偿系数K_c0进行补偿，如果设为1，则代表对补偿系数K_c0应用补偿；则采用可调整增益对补偿系数K_c0进行调整后得到的压降补偿量如下公式所示：

K_c＝(1-λ)+λ·K_c0 (3)

其中，K_c为压降补偿量，λ为可调整增益，其取值范围在0～1之间；

步骤2：在左液压缸运动到设定位置ΔS_设定后，将右液压缸的设定位移曲线S_右设与由右液压缸位移传感器测得的实际位移曲线S_右实组成独立的闭环控制，将设定位移曲线作为设定值，实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入到右液压缸位置PI控制器中，右液压缸位置PI控制器对右液压缸进行控制，右液压缸位置PI控制器将输出信号V_右转换成右液压缸伺服阀的开口度，通过控制伺服阀的开口使右液压缸的实际位移曲线与设定位移曲线的差值小于设定阈值；所述右液压缸的设定位移曲线如下公式所示：

S_右设＝S_左设-ΔS_设定 (4)

在对右液压缸进行位置控制时，同样采用非线性补偿器对右液压缸进行压降补偿；

步骤3：在右液压缸运动的同时，位置偏差PI控制器开始工作，将左、右液压缸的位置偏差ΔS输入到位置偏差PI控制器中，位置偏差PI控制器将输出信号ΔV附加到左液压缸伺服阀的开口度，将输出信号-ΔV附加到右液压缸伺服阀的开口度，得到左侧液压缸伺服阀和右侧液压缸伺服阀的最终开口度，实现对液压滚切剪的伺服控制；

所述左、右液压缸的位置偏差ΔS如下公式所示：

ΔS＝(S_左设-S_右设)-(S_左实-S_右实) (5)

所述左侧液压缸伺服阀的最终开口度如下公式所示：

V_左设＝V_左+ΔV (6)

所述右侧液压缸伺服阀的最终开口度如下公式所示：

V_右设＝V_右-ΔV (7)。

本发明方法的伺服控制原理为，通过左液压缸位置设定来确定右液压缸位置设定，当左液压缸的实际位移曲线产生偏差时，左液压缸伺服阀接受自身的位置PI控制器调节，当右液压缸的实际位移曲线产生偏差时，右液压缸伺服阀接受自身的位置PI控制器调节。同时，采用位置偏差PI控制器来协调左、右液压缸的位置偏差，当左液压缸的实际位移曲线落后于设定位移曲线时，增大左液压缸伺服阀开口度，减小右液压缸伺服阀开口度，从而保持左、右液压缸相对的位置关系，以保持设定剪切角。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，提出了确定新的左、右液压缸设定位移曲线的思想，并投入位置偏差控制，解决了传统控制方法中因左、右液压缸动作不同步而导致的左、右液压缸实际位移曲线与设定位移曲线相差较大，造成整个剪切轨迹发生变化，剪切角变小，剪切力变小，钢板断口质量差的问题。与传统控制方法相比，本发明方法方法有效的解决了左、右液压缸实际位移曲线与设定位移曲线相差较大的问题，即有较快的响应速度，又具有较高的控制精度。可以广泛应用于中厚板轧钢的剪切中，以提高板材产品的剪切质量。

附图说明

图1为本发明背景技术提供的中厚板液压剪结构示意图；

图2为本发明背景技术提供的液压剪常规控制系统的控制原理图；

图3为本发明实施例提供的一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法的原理图；

图4为本发明实施例提供的一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法的流程图；

图5为本发明实施例提供的左液压缸位置PI控制器输出信号与液压缸位移控制关系示意图；

图6为本发明实施例提供的现场左、右液压缸的位移曲线效果图；

图中，1、左液压缸的设定位移曲线；2、左液压缸的实际位移曲线；3、右液压缸的设定位移曲线；4、右液压缸的实际位移曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例将本发明的中厚板液压滚切剪的伺服控制方法应用于2800mm中厚板液压滚切剪系统，实现对剪切的伺服控制；该系统的相关参数如下：钢种：Q235，宽度：2500mm，厚度：30mm，位移传感器：MTS公司，伺服阀：MOOG，PLC系统：CPU：TDC CPU551，输入输出模板：SM500。

一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，应用于中厚板液压滚切剪伺服控制系统，所述中厚板液压滚切剪伺服控制系统需满足以下基本电气硬件要求：

1)左、右液压缸分别安装一台位移传感器用于检测两个液压缸活塞杆的位移；

2)左、右液压缸分别安装一台接受模拟量信号控制的伺服阀，用于控制两个液压缸的动作；

3)三台带有输入输出接口模板、可以进行数学和逻辑运算的PI控制器；

所述中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，如图3和4所示，包括以下步骤：

步骤1：对左液压缸进行控制，将左液压缸的设定位移曲线S_左设与由左液压缸位移传感器测得的实际位移曲线S_左实组成独立的闭环控制，将设定位移曲线作为设定值，实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入到左液压缸位置PI控制器中，左液压缸位置PI控制器将输出信号V_左转换成左液压缸伺服阀的开口度，通过控制伺服阀的开口使左液压缸的实际位移曲线与设定位移曲线的差值小于设定阈值；本实施例中，左液压缸位置PI控制器输出信号V_左与液压缸位移控制关系如图5所示，当V_左＝0时，伺服阀开口不变，液压缸速度保持不变，当V_左＞0时，伺服阀开口增大，液压缸速度增加，当V_左＜0时，伺服阀开口减小，液压缸速度降低；

在对左液压缸进行位置控制时，采用非线性补偿器对左液压缸进行压降补偿；

所述非线性补偿器对液压缸进行压降补偿的具体方法为：

考虑伺服阀阀口油流量与阀口压力差的非线性关系，对最后的伺服阀电流输出根据液压缸上行和下行的情况进行压降补偿，补偿系数K_c0如下公式所示：

进油时：

出油时：

其中，P_sys为中厚板液压滚切剪伺服控制系统压力，P_sym为由伺服阀的均衡点确定的均衡压力，P_cyl为液压缸内的压力，P_tnk为中厚板液压滚切剪伺服控制系统回油压力；

本实施例中，中厚板液压滚切剪伺服控制系统压力P_sys＝25MPa，由伺服阀的均衡点确定的均衡压力P_sym＝12.5MPa，中厚板液压滚切剪伺服控制系统回油压力P_tnk＝0MPa。

同时，设置一个可调整增益对补偿系数K_c0进行调整，进而确定压降补偿量；所述可调整增益在0～1之间，如果可调整增益设为0，则代表不对补偿系数K_c0进行补偿，如果设为1，则代表对补偿系数K_c0应用补偿；则采用可调整增益对补偿系数K_c0进行调整后得到的压降补偿量如下公式所示：

K_c＝(1-λ)+λ·K_c0 (3)

其中，K_c为压降补偿量，λ为可调整增益，其取值范围在0～1之间，本实施例中，可调整增益λ＝0.8；

步骤2：在左液压缸运动到设定位置ΔS_设定后，将右液压缸的设定位移曲线S_右设与由右液压缸位移传感器测得的实际位移曲线S_右实组成独立的闭环控制，将设定位移曲线作为设定值，实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入到右液压缸位置PI控制器中，右液压缸位置PI控制器对右液压缸进行控制，右液压缸位置PI控制器将输出信号V_右转换成右液压缸伺服阀的开口度，通过控制伺服阀的开口使右液压缸的实际位移曲线与设定位移曲线的差值小于设定阈值；所述右液压缸的设定位移曲线如下公式所示：

S_右设＝S_左设-ΔS_设定 (4)

在对右液压缸进行位置控制时，同样采用非线性补偿器对右液压缸进行压降补偿；

步骤3：在右液压缸运动的同时，位置偏差PI控制器开始工作，将左、右液压缸的位置偏差ΔS输入到位置偏差PI控制器中，位置偏差PI控制器将输出信号ΔV附加到左液压缸伺服阀的开口度，将输出信号-ΔV附加到右液压缸伺服阀的开口度，得到左侧液压缸伺服阀和右侧液压缸伺服阀的最终开口度，实现对液压滚切剪的伺服控制；

所述左、右液压缸的位置偏差ΔS如下公式所示：

ΔS＝(S_左设-S_右设)-(S_左实-S_右实) (5)

所述左侧液压缸伺服阀的最终开口度如下公式所示：

V_左设＝V_左+ΔV (6)

所述右侧液压缸伺服阀的最终开口度如下公式所示：

V_右设＝V_右-ΔV (7)。

本实施例中，三个PI控制器均采用TDC自带程序块，闭环控制的循环时间为2ms。经过测试，当左、右液压缸的位置PI控制中的两个调节参数比例K_p1＝150、积分K_I1＝2.3，位置偏差PI控制器的两个调节参数比例K_p2＝80、积分K_I1＝0.5时，控制效果最好；左右液压缸位移曲线如图6所示，从图可看出，左右液压缸的实际位移曲线均与设定位移曲线十分接近，取得了良好的控制效果。而且现场钢板端口质量良好，断口光滑平整，无毛刺或塌边。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (4)

1.一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，应用于中厚板液压滚切剪伺服控制系统，所述中厚板液压滚切剪伺服控制系统需满足以下基本电气硬件要求：

1)左、右液压缸分别安装一台位移传感器用于检测两个液压缸活塞杆的位移；

2)左、右液压缸分别安装一台接受模拟量信号控制的伺服阀，用于控制两个液压缸的动作；

3)三台带有输入输出接口模板、可以进行数学和逻辑运算的PI控制器；

其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对左液压缸进行控制，将左液压缸的设定位移曲线S_左设与由左液压缸位移传感器测得的实际位移曲线S_左实组成独立的闭环控制，将设定位移曲线作为设定值，实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入到左液压缸位置PI控制器中，左液压缸位置PI控制器将输出信号V_左转换成左液压缸伺服阀的开口度，通过控制伺服阀的开口使左液压缸的实际位移曲线与设定位移曲线的差值小于设定阈值；

在对左液压缸进行位置控制时，采用非线性补偿器对左液压缸进行压降补偿；

步骤2：在左液压缸运动到设定位置ΔS_设定后，将右液压缸的设定位移曲线S_右设与由右液压缸位移传感器测得的实际位移曲线S_右实组成独立的闭环控制，将设定位移曲线作为设定值，实际位移曲线作为反馈值，将设定值和反馈值输入到右液压缸位置PI控制器中，右液压缸位置PI控制器对右液压缸进行控制，右液压缸位置PI控制器将输出信号V_右转换成右液压缸伺服阀的开口度，通过控制伺服阀的开口使右液压缸的实际位移曲线与设定位移曲线的差值小于设定阈值；

在对右液压缸进行位置控制时，同样采用非线性补偿器对右液压缸进行压降补偿；

步骤3：在右液压缸运动的同时，位置偏差PI控制器开始工作，将左、右液压缸的位置偏差ΔS输入到位置偏差PI控制器中，位置偏差PI控制器将输出信号ΔV附加到左液压缸伺服阀的开口度，将输出信号-ΔV附加到右液压缸伺服阀的开口度，得到左侧液压缸伺服阀和右侧液压缸伺服阀的最终开口度，实现对液压滚切剪的伺服控制。

2.根据权利要求1所述的一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，其特征在于：所述非线性补偿器对液压缸进行压降补偿的具体方法为：

考虑伺服阀阀口油流量与阀口压力差的非线性关系，对最后的伺服阀电流输出根据液压缸上行和下行的情况进行压降补偿，补偿系数K_c0如下公式所示：

进油时：

出油时：

其中，P_sys为中厚板液压滚切剪伺服控制系统压力，P_sym为由伺服阀的均衡点确定的均衡压力，P_cyl为液压缸内的压力，P_tnk为中厚板液压滚切剪伺服控制系统回油压力；

同时，设置一个可调整增益对补偿系数K_c0进行调整，进而确定压降补偿量；所述可调整增益在0～1之间，如果可调整增益设为0，则代表不对补偿系数K_c0进行补偿，如果设为1，则代表对补偿系数K_c0应用补偿；则采用可调整增益对补偿系数K_c0进行调整后得到的压降补偿量如下公式所示：

K_c＝(1-λ)+λ·K_c0 (3)

其中，K_c为压降补偿量，λ为可调整增益，其取值范围在0～1之间。

3.根据权利要求2所述的一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，其特征在于：步骤2所述右液压缸的设定位移曲线如下公式所示：

S_右设＝S_左设-ΔS_设定 (4)。

4.根据权利要求3所述的一种中厚板液压滚切剪的伺服控制方法，其特征在于：步骤3所述左、右液压缸的位置偏差ΔS如下公式所示：

ΔS＝(S_左设-S_右设)-(S_左实-S_右实) (5)

所述左侧液压缸伺服阀的最终开口度如下公式所示：

V_左设＝V_左+ΔV (6)

所述右侧液压缸伺服阀的最终开口度如下公式所示：

V_右设＝V_右-ΔV (7)。

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