带材卷取机跑偏控制系统

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1、液压控制系统结业论文液压控制系统结业论文题目名称： 带材卷取机跑偏控制系统 学 院： 机械工程学院 专业年级： 流体传动及其控制 09 姓 名： * 班级学号： 液09-11 指导教师： * 二一二 年 十二 月 二十八 日目录第一章绪论11.1研究的目的及意义11.2国内外发展及状况11.3带材卷取机负载（工艺）分析11.4带材卷取机主要技术要求2本章小结2第二章带材卷取机总体设计方案32.1带材卷取机机械传动方案32.2带材卷取机电气控制方案32.3带材卷取机液压传动总体设计方案3本章小结3第三章带材卷取机主要技术指标计算43.1带材卷取机静态设计43.1.1伺服阀43.1.2液压缸主要规

2、格尺寸43.1.3传感器53.2带材卷取机动态设计63.2.1各环节传函6 3.2.1.1伺服阀 6 3.2.1.2液压动力机构 6 3.2.1.3光电检测器和伺服放大器 63.2.2系统方块图73.2.3伯德图83.2.4确定开环增益83.2.5动态分析83.3带材卷取机校核计算93.3.1稳态误差校验93.3.2系统精度指标校验9本章小结9第四章带材卷取机其它元件计算选择10 4.1泵的选择10 4.2阀的选择10 本章小结10 第五章带材卷取机泵站校核计算11 5.1带材跑偏控制系统压力损失计算 11 5.2带材跑偏控制系统效率计算 11 5.3带材跑偏控制系统液压冲击计算 11 5.4

3、带材跑偏控制系统发热计算 11 本章小结11第六章结论12致谢13参考文献14 I 摘要 本设计为卷取机跑偏控制系统的设计。按照给定的每一部分的控制要求，借鉴已有的设计方案，针对实际生产工作中的问题绘出卷取机跑偏控制系统的系统原理图。同时对液压传动理论、液压元辅件的选择与设计进行了较为深入的学习。关键词:跑偏;液压元辅件 Abstract This paper is a design on hydraulic serve system of coiling machine. According to every parts requirement and the problem of hydr

4、aulic and press system of hydraulic serve system in practice, using the existent system design designed a hydraulic serve system of coiling machine. I draw the picture of press and hydraulic system of coiling machine. In the meantime, a thorough research is done about the theory of hydraulic drive s

5、ystem, design and selection of hydraulic components and accessories. Keywords: EPC;hydraulic components and accessories 第一章 绪论1.1研究的目的及意义 在带钢的连续轧制过程中,由于带钢厚度不均、浪形及横向弯曲、辊子偏心或有锥度、张力不适或张力波动较大等诸多原因,会出现带钢偏跑现象,这将使带钢卷取不整齐,直接影响包装、运输及降低成品率，所以有必要做跑偏控制系统来提高工作效率。 卷取机及其控制系统存在着许多缺陷，在实际生产中的问题很多，带钢取曲质量不稳定，卷形不良始终困扰着许

6、多钢铁企业，因此，深入设计开发具有良好的控制性能的跑偏控制系统，从而，实现新型卷取系统的国产化生产与设计，是一项十分紧迫的任务，意义十分深远，有着巨大的经济效益。1.2国内外发展及状况 卷取机是连轧生产线上及其重要的设备，其性能的好坏直接影响成品的质量和整个机组的生产效率，研究高性能的卷取机是世界各个钢厂的主要任务。在国外，经过许多年的发展，已经达到了一个相当高的水平，而且，新型的卷取系统都是国外产品。在国内，由于发展状况的原因，现有的带钢生产线中所使用的卷取机技术大部分落后。1.3带材卷取机负载（工艺）分析 与卷筒刚性连接的光电检测器检测到卷筒的横向跑偏量，跑偏信号经放大器输入伺服阀，由伺服

7、阀驱动液压缸控制卷筒，使卷筒向跑偏方向跟踪。当跟踪位移相等时，偏差信号为零，卷筒处于新的平衡位置，使卷筒的带钢边缘实现自动卷齐。 1.4带材卷取机的主要技术要求卷取机滑台自重（KN):350卷材自重（KN）：400工作行程（mm):450最大调解速度（mm/s): 30 系统频宽（Hz):5卷齐精度（mm):0.5 导轨摩擦系数 u=0.05本章小结 对所设计的对象及系统要求有清晰的认识，是设计合理的，令人满意的控制算法，选用经济的，可行的实现途径的必要前提和准备。本章对卷取机跑偏控制系统的组成及工作原理做了简单的介绍，明确了跑偏控制系统的有关参数及要求，为了跑偏控制系统的设计提供了相关的依据

8、。 第二章 带材卷取机总体设计方案 2.1带材卷取机机械传动方案 电动机通过传动装置控制卷筒的速度。伺服液压缸与卷取机的滑台刚性连接，控制滑台的移动，使滑台向纠偏的方向移动。2.2带材卷取机电气控制方案 光电检测器检测钢带位置。光电检测器一般由发射光源和光电二极管接收器组成，光电管作为电放大器的输入桥，带钢正常运行，光电管接收一半的光照，其电阻为R，经过调节，电桥平衡无输出。当带钢跑偏，带边偏离检测器中央时，电阻值随光照变化，使电桥失去平衡，从而造成调节偏差信号，此信号经放大器放大之后，输入伺服阀。2.3带材卷取机液压传动总体设计方案 在伺服阀差动连接的线圈上产生差动电流，于是伺服阀输出一正比

9、于差动电流的流量，使液压缸拖动卷取机的卷筒，向跑偏的方向跟踪，从而实现带钢自动卷齐。由于检测器安装在卷取机移动部件上随同跟踪实现位置反馈，很快又使检测器中央又对准带边，于是，在新的平衡下卷取，完成一次自动纠偏过程。本章小结 对所设计的控制系统的各部分进行一定的了解，有助于促进各部分之间的衔接和系统的稳定性。本章对带材卷取机跑偏控制系统的机械传动部分、电气控制部分及液压传动部分进行了简单的介绍。 第三章 带材卷取机主要技术指标计算 3.1带材卷取机静态设计 3.1.1伺服阀 滑阀的静态特性就是压力-流量特性，经推导和简化以后得到四边滑阀的压力-流量特性方程为负载流量负载压力为供油压力为阀芯的位移

10、为流量系数为液体密度为面积梯度3.1.2液压缸主要规格尺寸 带钢的横向位移实际上是一个随机信号，可用正弦信号逼近。因此，在求取负载轨迹方程式时，可用速度幅值作为最大工作速度，频率为系统频宽的一个正弦信号作为卷取机的典型信号，即 动力机构的平衡方程为惯性负载或弹性负载的负载轨迹是一个正值椭圆曲线，负载轨迹的通式可表示为 找阀控缸动力机构的输出特性与该负载轨迹相切，并使两者的最大功率点尽量靠近，负载轨迹的最大功率点可通过求导数并令其为零求得，其值为： 找一个阀控缸动力机构的输出特性与该负载轨迹相切，并使两者的最大功率的轨迹点尽量重合或靠近。负载功率为令WL对F求导并令其为零，求得最大功率点的负载力

11、为 F=28300N; V=0.028m/s液压动力机构的最大功率点公式为 是动力机构和负载轨迹点相重合，并认为他们在该点相切，则A，Qs2分别为：这里参照同类机组，供油压力取4mpa，根据上式计算结果，液压缸直径取标准值后3.1.3传感器 该系统采用美国FIFE公司产的DAC-004型二极管阵列式光电传感器。该传感器的输入-输出具有良好的线性特性。精度：0.1mm，视场：1000mm,模拟输出量：0-10mA。3.2带材卷取机动态设计3.2.1各环节传函3.2.1.1伺服阀 选取63bar的DYC系列两级滑阀式电液伺服阀，其空载流量 选取DYC系列供油压力Ps=63bar时，额定空载流量为4

12、0L/min伺服阀可以满足要求，该伺服阀的额定电流为300mA,当阀工作在Ps=40bar时空载流量为则伺服阀流量增益为 伺服阀的传递函数通常用振荡环节来近似，由于一般情况下伺服阀的固有频率是液压固有频率的三倍以上，现取,并根据经验暂取伺服阀阻尼比为伺服阀流量增益为伺服阀固有频率为伺服阀阻尼比3.2.1.2液压动力机构为液压缸有效工作面积为液压缸阻尼系数(根据同类机组测定）为液压固有频率为液压油体积弹性模数为液压缸的有效工作面积为负载质量为系统总压缩体积（计算液压缸的容积时，考虑到管道容积，加上系数）由此得到液压缸-负载的传递函数3.2.1.3光电检测器和伺服放大器根据式得出光电检测器和伺服放

13、大器可看成比例环节。增益Ki可通过改变伺服放大器的增益在较宽的范围内调整。3.2.2系统方块图 Xi 3.2.3伯德图3.2.4确定开环增益 带钢卷曲跑偏控制系统的稳态误差主要是速度和加速度信号引起的，其中速度引起的误差所占的比重较大。考虑的其他因素的影响，进行误差分配并保留有一定的分量，所以暂确定允许误差（对应最大工作速度）为 系统开环增益为 3.2.5动态分析根据开环系统的传递函数绘出系统的伯德图查的所以该系统是稳定的。3.3带材卷取机校核计算3.3.1稳态误差校验 S-03.3.2系统精度指标校验 因为系统的稳态误差在设计要求的卷齐精度0.5之内，即 （卷齐精度） 所以系统的精度符合要求

14、。本章小结 本章主要对系统的伺服阀和液压缸进行静动态分析，同时求出系统各个环节的传递函数，并由此绘出系统方框图和伯德图，通过伯德图对系统稳定性进行校核第四章 带材卷取机其它元件计算选择4.1泵的选择对的系统，液压源的流量为选用工作压力为Ps0=6.3Mp流量为Qs0=25L/min的叶片泵满足要求4.2阀的选择选取DYC系列供油压力Ps1=63bar时，额定空载流量为40L/min伺服阀本章小结本章从经济上和效益上对控制系统所需的泵和伺服阀进行的适当的选择。第五章 带材卷取机泵站校核计算5.1卷取机控制系统压力损失计算5.2卷取机控制系统效率计算5.3卷取机控制系统液压冲击计算急剧改变液压缸的

15、运动速度时，由于液体及运动机构的惯性作用而引起的压力冲击，其液压冲击为Li为液流第i段管道的长度 Ai为液流第i段管道的截面积 为液压缸的活塞面积为液压缸的速度变化量为液压缸速度变化所需的时间为液体密度为负载质量5.4卷取机控制系统发热计算本章小结在液压系统设计完成后，需要对它的技术性能进行验算，以便判断设计的质量。本章就对系统的压力损失、系统效率、发热量及液压冲击进行了验算。第六章 结论 本论文以由液压缸、伺服阀、及光电元件为核心组成的位置控制系统为研究基础，对由多元件组成的电液防跑偏控制系统的控制单元进行分析和仿真研究，得出了以下结论：(1)系统完整地建立了电液位置控制系统的数学模型，并在

16、此基础上利用开环伯德图对系统稳定性进行了分析，得出系统稳定性较好的结论。(2)利用MATLAB软件的SIMULINK仿真环境及相关工具箱，创建了系统仿真模型，分析了校正后系统各参数对系统动态特性的影响。致谢本文是在*老师的悉心指导下完成的。对于设计上的每个细节，老师都给予我严格要求，从他的身上我不仅学到了专业知识，更学到了作为一名工程学者的严谨与敬业，认真负责的工作态度。另外，在设计的过程中，我对液压专业有了进一步的了解。至此论文完成之际，特向一直关心我们生活和指导我们学业的导师表示崇高的敬意和衷心的感谢。感谢本组*等同学，他们在设计当中给了我许多帮助和鼓励。 参考文献1 安峰.李彩云.吴晓君

17、.孟欣.薛蒲昌，带钢卷取机跑偏电液伺服系统PID控制器的设计，工矿自动化，2009.7，No.7，13-162 闫小伟，卷取机跑偏控制系统设计与仿真研究，太原：太原理工大学，2006.53 李彩云，带钢卷取机跑偏控制系统的设计与分析，西安：西安建筑科技大学，2009.64 孙野.王慧，带钢卷取机电液伺服跑偏控制系统特性分析，流体传动与控制，2010.1，No.38,9-125 宋云清，带钢卷取机跑偏电液伺服控制系统的仿真，流体传动与控制，2010.1，No.38，14-166 郑淑娟.贾建涛.段现银，比例阀控电业纠偏系统的设计与分析，机床与液压，2010.8，Vol.38，No.16,57-5

18、97 张新宇.姚瑶.陈忠基.吴晓元，带钢跑偏液压伺服系统建模研究，机械设计与制造，2009.6，No.6，130-1318 胡盘峰.陈慧敏，带钢跑偏电液伺服控制系统研究与SIMULINK仿真，常州：常州信息职业技术学院，2009.109 寇雪芹.谷立臣.马玉，带钢跑偏电液伺服控制系统的PID控制器设计，计算机工程与应用，2012.4，No.48，235-23710 刘春艳.钮王杰，基于MATLAB的带钢卷取机跑偏电液伺服控制系统的PID控制，山西大同大学学报，2010.10，Vol.26，No.5，79-8811 芦长耿，液压伺服跑偏控制，机床与液压，1976.3，No.1，18-3312 吴

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