2800mm鋁帶重卷機板帶自動對中液壓控制系統研究

王潔， 徐繼龍

（沈陽工業大學機械工程學院，沈陽110870）

0 引言

在鋁帶重卷機生產線上，由于來料帶材的缺陷及生產設備的原因，帶材重卷過程中的跑偏現象不可避免。為保證生產線的正常運行及產品質量的要求，這就需要在重卷機組中設置對中控制系統。采用液壓伺服位置控制系統實現帶材的自動對中控制，可以充分發揮液壓伺服系統的響應快、精度高、驅動負載能力大的特點［1］。

1 系統工作原理

在開卷過程中，鋁帶中心線應與重卷機組中心重合。當其出現跑偏時，光電檢測器檢測出鋁帶中心線相對于重卷機組中心的偏移量，輸出相應電信號，此信號經放大器放大后作為電液伺服閥的輸入信號，電液伺服閥驅動對稱液壓缸再拖動卷取機移動，形成位置閉環系統從而糾正跑偏，實現鋁帶帶材在開卷過程中的自動對中［2-3］。

2 主要元件的確定

2 800 mm鋁帶重卷機對中系統主要技術參數及要求如表1所示。

表1 生產實際主要參數及要求

1）工作壓力確定。確定油源壓力ps=14 MPa。

2） 液壓動力元件確定。負載力 FL=（m1+m2）am+（m1+m2）gf。選擇力士樂CGH2MS2/140/90/200雙出桿液壓缸，負載壓力 PL=FL/AP=9.18 MPa≤2/3×ps=9.33MPa，合理［4］。其中：AP為液壓缸有效工作面積；g為重力加速度。

液壓固有頻率ωh=43.5 rad/s，類比同類機器液壓阻尼比ζh取值為0.3［5］。閥控液壓缸動力元件傳遞函數為

3）伺服閥確定。當最大速度Vm=30×10-3m/s時，負載流量qL=APVm=16.25L/min。考慮泄漏量，取qL=18.69L/min。供油壓力pS=14 MPa時，閥空載流量33.94 L/min。選EMG的SV1-10/32/100/6（ΔP=7 MPa時，Q=24 L/min，額定電流ΔIn=±300 mA）伺服能夠滿足工作需求。根據樣本得到閥固有頻率ωSV=2π×85=534.1 rad/s，閥阻尼比ζSV=0.7，流量增益KSV=qom/ΔIn=1.89×10-3m3/（s·A），則伺服閥的傳遞函數為

4）其他組成元件。

由于輸入為跑偏位移，形成了直接位置反饋，位移傳感器增益為1。光電檢測與放大器的時間常數都很小，響應速度快，可按放大環節處理取值為88.9 m/A。

3 系統仿真模型建立及PID控制器設計

根據各環節的傳遞函數，建立原系統Simulink仿真模型，如圖1上部分所示（仿真模型中添加Mux模塊有利于在Scope模塊中比較系統校正前后的響應曲線）。

由圖2細實線部分可看出原系統的調節時間太長，不能滿足系統響應要求。

為了使系統具有更好的動態性能，在原系統中加入PID控制器以改善系統性能。加入PID控制器的系統仿真模型如圖1下部分所示。

本文主要采用試湊法得出較好的參數值Kp=0.6、Ki=0.01、KD=0.01。加入 PID 控制器的系統仿真曲線如圖2粗實線所示，上升時間短、調節時間快，具有較好的動態性能。

4 系統頻寬

圖1 Simulink仿真模型

系統閉環伯德圖，如圖3所示。

由圖中可以看出，閉環系統的頻寬約為55rad/s大于要求的20rad/s，可以滿足生產實際應用時的系統頻寬要求。

圖2 單位階躍作用下響應曲線

圖3 系統閉環伯德圖

5結語

1）通過對控制系統的分析計算可知，選擇合適的伺服閥、液壓缸，構成的液壓伺服位置控制系統，可以滿足2 800 mm鋁帶重卷機板帶自動對中要求。

2）未校正時系統的動態性能不理想，選擇合適的PID控制器可以大大改善其動態性能，頻寬也滿足實際要求。

［1］ 柳洪義.機械工程控制基礎［M］.北京：科學出版社，2006.

［2］ 王春行.液壓控制系統［M］.北京：機械工業出版社，1999.

［3］ 張利平.液壓傳動系統及設計［M］.北京：化學工業出版社，2005.

［4］ 官中范.液壓傳動系統［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［5］ 宋志安.基于MATLAB的液壓伺服控制系統分析與設計［M］.北京：國防工業出版社，2007.