【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 厚度控制是以手動(dòng)壓下或簡(jiǎn)單的電動(dòng)壓下移動(dòng)輥縫為主。自三十年代以來，到六十年代進(jìn)入了常規(guī)自動(dòng)調(diào)整階段 ]1[ 。該階段中軋制理論的發(fā)展和完 善為板帶軋機(jī)的厚度控制奠定了基礎(chǔ)。第三階段是六十年代至八十年代的計(jì)算機(jī)控制階段。這一階段主要形成了計(jì)算機(jī)控制 AGC 系統(tǒng)，它能最大限度的消除系統(tǒng)不利影響，在各部分獨(dú)立工作的同時(shí)，充分發(fā)揮綜合優(yōu)勢(shì)，使系統(tǒng)更加完善。第四階段，八十年代至現(xiàn)在，板厚控制技術(shù)向著大型化、高速化、連續(xù)化的方向發(fā)展。這一階段已將板厚控制的全部過程溶于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制的過程自動(dòng)化級(jí)和基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí) ]2[ 。兩方面的不斷追求合在一起，開發(fā)出高精度、無人操作的厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 近年來 ，國內(nèi)外在板形和板厚等控制技術(shù)方面取得了許多新的進(jìn)展。 國外早在五十年代就開始在電動(dòng)機(jī)械壓下軋機(jī)上采用 AGC 控制技術(shù)以提高帶材縱向厚度精度。國外軋機(jī)的厚度控制應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)械軋機(jī)和液壓軋機(jī)、冷軋機(jī)和熱軋機(jī)、連軋機(jī)和單機(jī)架軋機(jī)。近 30 年來，國外軋機(jī)的裝備水平發(fā)展很快。在冷帶軋機(jī)上廣發(fā)利用液壓壓下、液壓彎輥、厚度自動(dòng)控制、板形控制和計(jì)算機(jī)控制等技術(shù)，在新技術(shù)運(yùn)用方面均已采用液壓 AGC 系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合的 DCS，裝設(shè)了測(cè)量精度高的三測(cè)儀表（測(cè)厚、測(cè)壓、測(cè)張），且裝設(shè)了板形檢測(cè)裝置。人工智能 (AI)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng) 用 ,包括模糊控制 (FZ)、專家系統(tǒng) ( ES)和人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) (ANN)技術(shù)在 AGC 系統(tǒng)中的應(yīng)用 ,已經(jīng)取得了巨大成果和經(jīng)濟(jì)效益。 我國在這方面的發(fā)展也很迅速，如在基礎(chǔ)控制方面、計(jì)算機(jī)控制、控制算法上取得了很大成績(jī)。智能控制等先進(jìn)控制技術(shù)在軋機(jī)軋制力控制等方面也有了初步應(yīng)用，并取得了一定成果。我國自行研制的冷熱板帶軋機(jī)的液壓 AGC 系統(tǒng)在軋制線上也得到了成功應(yīng)用 ]3[ 。 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 我國的現(xiàn)有冷帶板的生產(chǎn)已有較大的改善。然而總體上還存在著裝備水平低，單套機(jī)組產(chǎn)能低，產(chǎn)品質(zhì)量有待提 高等諸多問題。 近幾年，許多引進(jìn)的軋機(jī)相繼進(jìn)行了技術(shù)改造，增加液壓壓下系統(tǒng)，并配備計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)液壓厚度自動(dòng)控制。開發(fā)實(shí)用性、高精度自控系統(tǒng)裝備現(xiàn)有的設(shè)備，能使我國鋼鐵冷軋?jiān)O(shè)備的控制水平進(jìn)一步提高 ]4[ 。 發(fā)展趨勢(shì) 雖然 AGC 系統(tǒng)在各個(gè)方面有不同程度的發(fā)展，但是，由于各方面因素的限制， AGC 系統(tǒng)還并不完美。對(duì)于 AGC 這樣一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合、非線性的實(shí)時(shí)控制過程 ,一方面采用最優(yōu)控制、多變量控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測(cè)控制等最新控制理論 ,以追求控制性能的最高 水平；另一方面采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制、遺傳算法等智能算法，以追求系統(tǒng)的靈活性和多樣性。以上兩方面的追求融合在一起 ,開發(fā)出高精度的厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)是 AGC 控制技術(shù)發(fā)展的大趨勢(shì)。各種控制理論和智能算法的不同組合也在這一領(lǐng)域提供了廣闊的探索空間。 第 2章 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 液壓伺服 控制 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 液壓伺服控制系統(tǒng) 概念 液壓伺服控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制這一領(lǐng)域中的重要組成部分。自動(dòng)控制就是用各類控制 裝置和儀表包括 計(jì)算機(jī)代替人工，自動(dòng)地，有目的地控制和操縱機(jī)器及生產(chǎn)設(shè)備，是生產(chǎn)的性能、機(jī)械化和自動(dòng)化的 水平不斷提高，自動(dòng)控制已成為現(xiàn)代化生產(chǎn)的必要條件之一。 研究連續(xù)自動(dòng)控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理論，一般稱為反饋控制理論；反饋控制理論的基礎(chǔ)是線性連續(xù)反饋控制理論。反饋控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的最基本方法。 液壓伺服控制系統(tǒng)以其相應(yīng)快、負(fù)載剛度大、控制功率大等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)在工業(yè)控制中得到了廣泛的應(yīng)用。 組成 液壓伺服控制系統(tǒng)的類型和應(yīng)用場(chǎng)合相當(dāng)廣泛，然而一個(gè)實(shí)際的液壓控制系統(tǒng)不論如何復(fù)雜，都是由輸入元件，檢測(cè)反饋元件、比較元件及轉(zhuǎn)換放大裝置（含能源）、執(zhí)行器和控制對(duì)象等基本元件構(gòu)成。 輸入元件 —— 根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)作 要 求，給出輸入信號(hào)，加于系統(tǒng)的輸入端。比如計(jì)算機(jī)、電位器、信號(hào)發(fā)生器等； 比較元件 —— 將反饋信號(hào)與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號(hào)加于放大裝置。其不單獨(dú)存在； 檢測(cè)反饋元件 —— 用于檢測(cè)系統(tǒng)的輸出量并轉(zhuǎn)換成反饋信號(hào)，加于系統(tǒng)的輸入端與輸入信號(hào)進(jìn)行比較，從而構(gòu)成反饋控制。比如各類常見的傳感器； 轉(zhuǎn)換放大裝置 —— 將偏差信號(hào)的能量形式進(jìn)行變換并加以放大，輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)。比如各類液壓控制放大器、伺服閥、比例閥等； 執(zhí)行器 —— 驅(qū)動(dòng)受控對(duì)象動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)任務(wù)。 比如液壓馬達(dá)、液壓缸等； 受控對(duì)象 —— 和執(zhí)行器的可動(dòng)部分相連接并同 時(shí)運(yùn)動(dòng)，在負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)所引起的輸出量中，可根據(jù)需要選擇其中某物理量作為系統(tǒng)的 控制量； XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 液壓能源 —— 為系統(tǒng)提供驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需的具有壓力的液流，是系統(tǒng)的動(dòng)力源。比如液壓泵站。 工作原理 液壓伺服控制系統(tǒng)是利用反饋控制的基本原理將被控制對(duì)象的輸入信號(hào)即輸出量，如位移、速度或力等，能自動(dòng)地、快速而準(zhǔn)確地回輸?shù)较到y(tǒng)的輸入端，并與給定值進(jìn)行比較形成偏差信號(hào)，并產(chǎn)生對(duì)被控對(duì)象的控制作用，使系統(tǒng)的輸出量與給定值之差保持在允許的范圍之內(nèi)。與此同時(shí)，輸出功率被大幅度地放大。液壓伺服控制系統(tǒng)的工作原理可由下圖說明。 圖 21 液壓伺服系統(tǒng)的工作原理 控制系統(tǒng)擬定原則 總則 電液伺服系統(tǒng)的控制方案主要是根據(jù)設(shè)計(jì)要求，如被控物理量、控制功率的大小、執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)方式、各種動(dòng)靜態(tài)性能指標(biāo)值以及環(huán)境條件和價(jià)格等因素考慮決定的。為使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)具有先進(jìn)性，應(yīng)避免在設(shè)計(jì)中出現(xiàn)重大失誤，擬定系統(tǒng)總體方案時(shí)應(yīng)進(jìn)行同主系統(tǒng)的情況論證和初擬幾種方案進(jìn)行對(duì)比分析，初步確定一個(gè)較優(yōu)方案。 第 2章 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 細(xì)則 要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、控制精度不需要很高的場(chǎng)合宜采用開環(huán)控制。反之對(duì)于外界干擾敏感、控制精度要求高的 場(chǎng)合宜采用閉環(huán)控制。若采用閉環(huán)控制，則還應(yīng)考慮檢測(cè)反饋元件的形式。 凡是要求響應(yīng)快、精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而不計(jì)較效率低、發(fā)熱量大、參數(shù)變化范圍大小功率系統(tǒng)可采用閥控方式；反之采用泵控方式。 在選擇液壓執(zhí)行器時(shí)，除了運(yùn)動(dòng)形式外，還需考慮行程和負(fù)載。液壓放大元件和液壓執(zhí)行元件的不同組合可得到不同類型的液壓動(dòng)力元件。其類型不僅決定了系統(tǒng)的拖動(dòng)特性，而且對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)靜態(tài)品質(zhì)也有較大影響，必須根據(jù)設(shè)計(jì)要求綜合考慮。 650 軋機(jī)液壓壓下伺服系統(tǒng) 明確設(shè)計(jì)要求 液壓伺服控制系統(tǒng)是被控對(duì)象 —— 主機(jī)的一個(gè)組 成部分，它必須滿足主機(jī)在工藝上和結(jié)構(gòu)上對(duì)其提出的要求。軋機(jī)的液壓壓下位置控制系統(tǒng)，除了應(yīng)能夠承受最大軋制負(fù)載，滿足軋鋼機(jī)軋輥輥縫調(diào)節(jié)最大行程，調(diào)節(jié)速度和控制精度等要求外，執(zhí)行機(jī)構(gòu) —— 壓下液壓缸在外形尺寸上還必須保證滿足更換軋輥方便等要求。 工藝上要能根據(jù)設(shè)定值時(shí)時(shí)調(diào)控軋制產(chǎn)生的板型，并能在意外情況發(fā)生或軋制力突然升高的情況下快速抬輥，停機(jī)換輥時(shí)操作的方便性等。 明確設(shè)計(jì)的是位置恒值控制系統(tǒng)，忽略其他的控制方式以便于設(shè)計(jì)。主機(jī)所需的最大軋制力、控制最大速度等條件已經(jīng)明確給定。軋機(jī)一般工作在車間的室內(nèi)環(huán)境。且設(shè)計(jì) 時(shí)要注意尺寸、重量、成本、噪聲、可靠性、安全保護(hù)等其他因素。 擬定控制方案，繪制液壓原理圖 此設(shè)計(jì)僅考慮壓下中的位置控制。且要求具有較強(qiáng)的抗干擾能力，對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化不太敏感，控制精度高、響應(yīng)速度快的性能，故采用閉環(huán)控制，相對(duì)成本較高。由于壓下的運(yùn)動(dòng)形式為直線，出力較大，采用閥控液壓缸的XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 結(jié)構(gòu)。該控制方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，小行程及小慣量負(fù)載時(shí)液壓固有頻率高。但隨行程增加固有頻率隨之降低，系統(tǒng)響應(yīng)速度及穩(wěn)定性均變壞；系統(tǒng)效率低。閥控缸的方式中常用的有四通閥 —— 對(duì)稱缸控制方式和三通閥 —— 不對(duì)稱 缸控制方式。由于四通閥有兩個(gè)節(jié)流口，壓力損失大，功率損失大，油溫升高，增大了系統(tǒng)的冷卻負(fù)擔(dān)等因素，軋機(jī)液壓壓下是三通閥 —— 不對(duì)稱缸控制方式的典型。 絕大多數(shù)閥控系統(tǒng)采用恒壓油源：供油壓力恒定，控制閥的壓力 —— 流量特性的線性度好，系統(tǒng)精度和響應(yīng)速度高，但系統(tǒng)效率低。 綜上考慮可得系統(tǒng)方塊圖如下： 圖 22 系統(tǒng)方塊圖 擬定的系統(tǒng)控制原理圖如下： 第 2章 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 23 液壓壓下系統(tǒng)原理圖 XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 設(shè)計(jì)計(jì)算動(dòng)力元件參數(shù) 動(dòng)力元件是伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件。它的一個(gè)主要作用是在整個(gè)工 作循環(huán)中使負(fù)載按要求的速度運(yùn)動(dòng)。其次，它的主要性能參數(shù)能滿足整個(gè)系統(tǒng)所需要的動(dòng)態(tài)特性。此外，動(dòng)力元件的參數(shù)選擇還必須考慮與負(fù)載參數(shù)的最佳匹配，以保證系統(tǒng)的功耗最小，效率高。 動(dòng)力元件的主要參數(shù)包括系統(tǒng)的共有壓力、液壓缸的有效面積（或液壓馬達(dá)排量）、伺服閥的流量。當(dāng)選定伺服馬達(dá)作執(zhí)行元件時(shí)，還應(yīng)包括齒輪的傳動(dòng)比。 已知參數(shù)如下：總軋制力 650T， AGC 速度 ~3mm/s,行程 60mm，系統(tǒng)壓力 28MPa，液柱最高 50mm，系統(tǒng)頻寬 =25HZ。 對(duì)于某些較為簡(jiǎn)單的負(fù)載軌跡，可以利用負(fù)載最佳匹配原則，采用解 析法確定液壓動(dòng)力元件的參數(shù)。 解析法： （ 1） 負(fù)載壓力 SL PP 32? （ 21） 故最大功率輸出點(diǎn)的負(fù)載力 PSPLL APAPF 32* ?? （ 22） 壓力由雙邊缸執(zhí)行，故單邊缸的負(fù)載力 KNFF LL 31852 * ????? （ 23） 故可得液壓缸的無桿腔面積為 26* mPFASLP ????? （ 24） 由 MPaPS 28? 確定速比 2?? ，則 查表 知 Dd ? ， 24 DAP ?? （ 25） 計(jì)算得 mmD 466? ， mmd 332? 由 GB/T23481993 的規(guī)定 圓整后， mmD 500? ， mmd 360? 則修定后的缸無桿腔面積為 第 2章 液壓伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 mAP ? 缸工作時(shí)所需的 最大 流量 m in/ LVAq Pv ???? （ 2）由于伺服閥輸出功率最大時(shí)對(duì)應(yīng)的負(fù)載流量 lq 與最大空載流量mq0 存在： ml qq 031? （ 26） 最大輸出功率點(diǎn)負(fù)載速度 pll Aqv ?* （ 27） 則 m in/* LvAq lpl ???? 考慮泄露，改善系統(tǒng)的控制性能，并未負(fù)載分析不周之處留有余地，把負(fù)載流量擴(kuò)大 30% m in/ Lq l ??? 壓降 M P aAFpp PLsv 1 8 5 0 0 01028 6* ?????? （ 28） 由 lv qp? 曲線查得 min/40Lqn ? XX 大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 第 3 章 液壓元件的 計(jì)算及其選擇 自制伺服液壓缸 液壓缸是由于系統(tǒng)中最常用 的執(zhí)行元件。液壓缸缸體材料為 45 號(hào)無縫鋼管?；钊牧蠟?45 號(hào)鋼，活塞與缸體之間既有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，又需要使液壓缸兩腔之間不漏油，因此在結(jié)構(gòu)上應(yīng)慎重考慮。 由上章的計(jì)算可得知： 伺服缸的內(nèi)徑 D，活塞桿的直徑 d 分別為： mmD 500? ， mmd 360? 伺服缸 無桿腔面積為 ： mAP ? 缸工作時(shí)所需的最大流量： m in/ LVAq Pv ???? 缸筒壁厚的計(jì)算： 1． 按中等壁厚計(jì)算 當(dāng) ≤ D/δ≤ 16時(shí)， 液壓缸缸筒屬于中等壁厚，此時(shí) cpDp yy ??? ??? )][( （ 31） 式中 δ —— 液壓缸缸筒厚度（ m）； Py —— 試驗(yàn)壓力（ MPa）；工作壓力 p≤ 16 MPa 時(shí)， Py=； 工作壓力 p≥ 16 MPa 時(shí)， Py=， Py= 25= D —— 液壓缸內(nèi)徑（ m）； [δ ]—— 缸體材料許用應(yīng)力（ MPa）； [δ ]= δ b/n Δ b —— 缸體材料抗拉強(qiáng)度（ MPa）； N —— 安全系數(shù)； n=～ 5，一般取 n=5 ψ —— 強(qiáng)度系數(shù)；對(duì)于無縫鋼管，ψ =1 c —— 計(jì)入壁厚公差及腐蝕的附加厚度，通常圓整到標(biāo)準(zhǔn)厚度值。 對(duì)于 45 鋼 ： [δ ] =122 Mpa 帶入數(shù)值，計(jì)算得壁厚δ =,考慮 c 值，圓整為 90mm。 第