滚切式宽厚板双边剪液压伺服系统的研究
本文关键词： 滚切式宽厚板双边剪 电液伺服系统 扰动观测器 滑模控制 协调同步控制 出处：《太原科技大学》2016年博士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：钢铁制造业是工业发展的重中之重,是国民经济发展的基础,为基础建设提供了最基本的原材料,是早日实现《中国制造2025》的前提。提高钢铁制造装备的技术水平,不仅可以提升钢铁产品的质量,还可以促进我国装备制造业向更高更强的水平迈进。剪切工艺是轧制精整的最后一道工序,直接影响钢板产品的质量,是钢铁制造装备业发展的重要方面。本文以某大学自主研发的世界上首台液压滚切式宽厚板双边剪为研究对象,设计了新型的液压滚切式宽厚板双边剪液压系统并对其控制策略进行研究,为滚切式宽厚板双边剪实现智能化生产奠定了基础。本文首先对滚切式宽厚板双边剪机械结构进行分析,根据双边剪的运动特点和结构特征,将其机构简化为一个具有2自由度的PR-8R-PR的复合连杆机构。然后对双边剪机构进行运动分析和受力分析,以矢量闭环的方法求解各连杆的运动速度和加速度,并用解析法分析各连杆的受力情况。结合实际双边剪的运行情况,进一步分析研究滚切式宽厚板双边剪液压缸的受力情况,为液压系统的设计及控制策略的研究奠定了基础。以实际生产的经验为参考,结合滚切式宽厚板双边剪的运动特点,分析传统滚切式双边剪液压系统的不足,本文提出一种新型滚切式双边剪液压系统,此系统在传统滚切式双边剪液压系统的基础上取消背压阀,增加一个调节支路。从新型液压系统的可靠性分析可知,此系统的平均无故障使用时间足够满足双边剪的检修周期,是安全可靠的。为了能够更系统地研究滚切式双边剪液压系统的特性,设计出最合适的控制策略,本文建立了液压系统非线性数学模型。利用AMEsim仿真软件对传统双边剪液压系统与新型双边剪液压系统进行比较分析,仿真结果表明新型双边剪液压系统有效缩短液压系统的响应时间,增大液压缸的输出力,满足双边剪剪切厚板的实际需求。根据对负载的分析,考虑到系统中存在的非线性特性、时变参数和不确定因素的影响,本文设计了基于扰动观测器的级联控制器,它包含位置外环和压力内环,利用虚拟镇定函数级联在一起。采用MATLAB和AMEsim仿真软件对其进行仿真研究,结果表明基于扰动观测器的级联控制器显著提高了液压缸的位移跟踪性能,保证液压缸按照给定位移运动,并且抗负载扰动能力明显提高。在基于扰动观测器的级联控制器的基础上,引入协调同步误差,进一步设计滚切式宽厚板双边剪四缸协调同步控制策略,用AMEsim和MATLAB仿真软件进行联合仿真,并与PID控制策略进行比较,仿真结果表明滚切式双边剪协调同步控制策略能够保证滚切式双边剪的固定侧部分与移动侧部分的四个液压缸按照给定位移做协调同步运动,跟踪误差与同步误差均小于PID控制器。以某钢厂的液压滚切式宽厚板双边剪为实验对象,将文本所研究的新型液压系统及其控制策略应用于此设备。与传统PID控制方法进行比较,分别剪切不同厚度的钢板,比较实验结果与钢板剪切效果,证明本文所研究的新型双边剪液压系统及其控制策略能够有效提高双边剪的剪切效果、系统稳定性与鲁棒性,是能够满足相关工程设备需要的创新型技术。本文的研究结果对提升液压滚切式双边剪设备的性能提供了可行的解决方案,具有很强的工程推广价值,同时对其它负载阶跃大、工况复杂的电液伺服系统具有很强的理论参考价值。
[Abstract]:This paper presents a new type of double - side shear hydraulic system with two degrees of freedom . Comparing the experimental results with the steel plate shearing effect , it is proved that the new double - side shear hydraulic system and its control strategy can effectively improve the shearing effect , the system stability and the robustness of the double - side shear . The results of this paper provide a feasible solution for improving the performance of the hydraulic roll - cutting type double - side shear device , which has a strong engineering popularization value , and has a strong theoretical reference value for the electro - hydraulic servo system with large load step and complex working condition .
【学位授予单位】：太原科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG333.21;TH137
【参考文献】
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，本文编号：1506777
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