基于AMEsim模型獲取AGC系統負載補償曲線的方法

摘 要:本文應用AMEsim軟件對某連續退火機組中的平整機AGC中的液壓伺服系統進行建模與仿真，并利用仿真結果，獲得了伺服系統關于負載的增益補償曲線，對現場調試和實際的軋制過程穩定都起到了關鍵的指導作用。

關鍵詞:平整機AGCAMEsim負載補償

中圖分類號:TP391.9文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)09(b)-0098-02

1 前言

在AGC系統自動調整過程中，為了減小沖擊以保證產品質量，必須使推上液壓伺服系統在不同的工作點和加載和卸載狀態中都具有相同的動力特性。加載狀態是指當進油節流口開啟，使供油口與推上缸活塞腔溝通，導致推上缸控制壓力Pc上升，直到控制壓力到達設定值后進油節流口關閉;卸載狀態是指當回油節流口開啟，使控制壓力與回油口溝通，導致推上缸控制壓力Pc下降，直到控制壓力到達設定值后回油節流口關閉。如圖1所示，加載狀態下伺服閥節流口壓降PV1=PS-Pc，式中，PS為伺服閥供油壓力，Pc為伺服閥負載壓力;卸載狀態下伺服閥節流口壓降PV2=Pc-Pt，式中，Pt為伺服閥回油壓力。如果伺服閥的閥芯位移一定，其輸出的流量(Q)與閥壓降的平方根()成正比，在不同的工作點，伺服閥的輸出流量也不同，導致推上缸有不同的速度響應。若忽略回油壓力，只有當負載壓力等于二分之一供油壓力時，加載狀態和卸載狀態的流量才相等。這一點被稱為對稱點。當負載壓力不是二分之一供油壓力時，即工作點不在對稱點時，AGC系統的控制回路必須要有一個的調整控制器，通過一個依賴于負載Pc的修正系數，得到伺服閥不同的增益值，最終獲得與對稱點相同的推上缸動力特性。

AGC系統中關于負載的補償曲線以往都是由國外公司提供，比如西門子公司提供的修正系數公式如下:

對于關閉輥縫(=加載過程)

對于打開輥縫(=卸載過程)

其中:C=正?？刂品糯?/p>

C2=修正的增益系數/加載狀態

C3=修正的增益系數/卸載狀態

α=實測的軋制力

F0=所有反向力的總和(包括工作輥彎輥力和支承輥平衡力等)

B=在對稱點的軋制力

A=在速度等于0時的最大軋制力

公式只是以對稱點為中心，根據實際負載做了線性化處理，忽略了許多的影響因素，因此補償系數的精度是比較差的，影響系統的高精度調節。

2 基于AMEsim的AGC液壓系統仿真模型的建立

AMEsim是比利時LMS國際公司推出的面向對象的多領域仿真軟件，它采用圖形化物理建模方式，使得設計者可以脫離繁瑣的數學模型而將更多的時間投入到實際物理系統的研究中;同時AMEsim具有相當豐富的模塊庫，使得設計者可以在同一仿真平臺上完成多領域的并行分析，使液壓系統與機械、電子、電磁可以有機的結合在一起，并且各個模塊庫都包含各自領域最底層的構件可供設計者自行搭建各種元件模型。模型建立后，該軟件對模型結算和仿真處理能力同樣具備很高的水準。

寶山鋼鐵股份有限公司冷軋廠與華東理工大學聯合開發了基于SEMsim軟件的某連續退火機組的平整機推上液壓系統的模型，液壓推上系統的伺服閥是系統的關鍵性部件，為了能夠得到更加精確的仿真結果，在液壓元件設計庫HCD中搭建了噴嘴擋板式力反饋伺服閥的特殊模塊。同時對大通徑插裝閥也采用了自建的模型。在AMEsim的草圖模式(sketch mode)下，從機械庫(Mechanical)、信號庫(Signal Control and Observers)、液壓庫(Hydraulic)、液壓元件設計庫(Hydraulic Component Design)和電磁庫(Electro Mechanical)分別選取相應元件建立了仿真模型。由于平整機操作側和傳動側推上伺服系統基本一致，之后僅對操作側液壓推上伺服系統模型進行分析，該模型主要分成5個部分，分別是推上伺服系統機械系統模型、伺服閥組輔助系統模型、中間減壓閥組模型、伺服閥模型及電氣控制系統模型。

通過對靠輥過程的仿真結果與實際曲線的對比，驗證了模型的準確性。

3 基于AMEsim模型獲取AGC液壓系統負載補償曲線

要確定AGC系統的負載補償增益，必須先獲得加載和卸載時不同軋制壓力(不同工作點)所對應的負載流量變化曲線，繼而得到不同軋制力對應的推上缸運動速度。但是，平整機有效軋制力變化范圍是很大的(50t～1300t)，要通過現場實測來獲得上述曲線，不僅費時費力，還將造成巨大的經濟損失，而借助可用性已得到驗證的基于AMEsim的平整機推上液壓伺服系統模型來進行研究，可以大大節省調試時間，盡快完成參數的優化工作。

在模型中給定伺服控制器的期望的單側軋制力值即為不同的伺服閥工作點，在關閉輥縫(加載)過程中共21點(0t，32.5t，65t，…，650t)，在打開輥縫(卸載)過程中共20點(32.5t，65t，97.5t，…，650t)，當軋制力已穩定在當前工作點，保持伺服閥額定輸入電流不變，觀察負載流量的變化情況。再把每一點的負載流量換算成推上缸的速度值，由此得到曲線如圖2所示，即俗稱的“蝴蝶曲線”。

對圖2分析后可知，系統在加載和卸載過程中存在著對稱點，即圖中兩條曲線的交點(X:393.8，Y:6.468)，該點表示當單側軋制力為393.8t時，推上液壓伺服系統具有相同的調速特性。因此，以對稱點作為基準點，可以得到推上系統處于不同工作點的流量補償增益，即無論當前工作點為何值，只要將對稱點對應的控制參數與該工作點對應的流量補償增益相乘后得到的值作為當前工作點的控制參數，就可以使系統在當前工作點下具有對稱點處的動力特性。

從控制理論可知，增益補償值將直接影響系統的開環放大倍數，增益補償值過大可能引起系統振蕩，過小使系統響應變慢。因此，在工程實踐中，往往在軋制力低于最大值的20%或高于最大值的80%時，就不再按照增益補償曲線進行修正，而是按這點固定增益補償值進行補償，由此得到實際的不同工作點下的增益補償系數如圖3所示。

4 結語

基于AMEsim軟件建立平整機AGC伺服液壓系統的模型，通過模型的仿真結果，可以快速精確的獲取AGC系統關于負載的補償曲線，在現場調試和實際應用中取得了很好的效果。

參考文獻

[1]Wang Yiqun，Zhang Wei，Gao Yingjie．Research on digital simulation of virtual rolling mills for continuous cold strip milling progress[R]．ISFP’03，Wuhan:2003:1～9．

[2]Mitsubishi Skinpass Mill Function Description [M]，Mitsubishi Electric，2002，112·148．