基于对角矩阵解耦的轧机垂扭耦合振动控制研究
发布时间：2022-02-22 03:29
作为现代冶金行业中重要加工设备的轧机，其振动问题严重影响轧制生产效率和板带表面质量，一直是制约带材产量与质量的重要因素。因此，轧机振动控制问题逐渐成为领域内的研究热点。高速连轧机的振动形式主要有主传动系统的扭转振动与轧机基座的垂直振动，两者之间不可避免地存在耦合特性。因而，对于轧机垂扭耦合振动系统的解耦控制方法研究具有重要的理论意义和实际的应用价值。本文首先分析了两种形式振动的致振机理，分别建立了两种形式振动的动力学模型；其次在分析轧制变形区参数的特性的基础上，建立轧机垂直-扭转耦合振动模型；最后采用对角矩阵解耦法对系统进行了振动控制仿真研究。主要研究工作如下：（1）对于轧机垂直振动的主要形式三倍频垂振与五倍频垂振的振动机理，采用集中质量法分别进行了动力学分析。总结了常见的引起两种垂振的原因，分析了垂振系统的固有频率与主振型，建立了轧机垂振系统的多自由度动力学模型。（2）对于轧机主传动系统的扭转振动问题，建立了轧机主传动系统的多自由度集中质量模型。在研究了多自由度模型与两自由度模型之间关系的基础上，将多自由度模型转化为由电动机和轧辊通过弹性轴连接的二自由度系统。以此为控制对象构建了轧机...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 课题研究来源
1.1.2 课题研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轧机垂直振动国内外研究现状
1.2.2 轧机扭转振动研究现状
1.2.3 轧机垂扭耦合振动国内外研究现状
1.3 本文的主要研究内容
2 轧机垂直振动
2.1 轧机垂直振动的机理
2.1.1 轧机的三倍频振动的研究
2.1.2 轧机的五倍频振动的研究
2.2 轧机垂直振动模型
2.2.1 轧机垂直振动六自由度动力学模型
2.2.2 轧机垂直振动单自由度动力学模型
2.3 本章小结
3 轧机主传动系统振动
3.1 轧机主传动系统扭振现象
3.2 轧机主传动系统扭振机理
3.3 轧机主传动系统扭振模型
3.3.1 轧机主传动系统集中参数模型
3.3.2 轧机主传动系统二自由度模型
3.4 轧机主传动系统扭振稳定性分析
3.5 轧机主传动控制系统模型
3.6 轧机主传动系统轧制过程动力学分析
3.7 本章小结
4 轧制工艺及轧制过程数学模型
4.1 轧机轧制工序
4.2 轧制工序流程
4.2.1 带材的酸洗工序
4.2.2 带材的轧制工序
4.3 轧制数学模型
4.3.1 数学模型概述
4.3.2 建立轧制数学模型的方法
4.3.3 轧制力模型
4.3.4 轧制力模型对比
4.3.5 影响轧制力的因素
4.3.6 金属带材变形抗力模型
4.3.7 影响带材变形抗力的因素
4.4 本章小结
5 轧机垂扭耦合分析及模型建立
5.1 轧机垂直-扭转振动耦合机理
5.1.1 轧机辊缝数学模型
5.1.2 变形区摩擦模型
5.1.3 轧辊弹性压扁数学模型
5.2 垂扭耦合模型的建立
5.3 垂直－扭转耦合动力学模型参数确定
5.4 状态空间数学模型
5.4.1 病态系统的优化
5.4.2 系统的可控性、可观性与稳定性分析
5.5 本章小结
6 轧机垂直-扭转模型解耦控制
6.1 解耦控制概述
6.2 垂直—扭转解耦控制系统的设计
6.2.1 传递函数矩阵的求解
6.2.2 相对增益的求解
6.2.3 控制系统分类及解耦方法
6.3 解耦仿真优化
6.4 本章总结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tandem Strip Mill’s Multi-parameter Coupling Dynamic Modeling Based on the Thickness Control[J]. PENG Yan,ZHANG Yang,SUN Jianliang,ZANG Yong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(02)
[2]冷轧铜板带斯通轧制力模型研究[J]. 刘晓波,袁光前,熊珍艳. 机械设计与制造. 2015(01)
[3]Spatial Vibration and Its Numerical Analytical Method of Four-high Rolling Mills[J]. Yong-jiang ZHENG,Guang-xian SHEN,Yi-geng LI,Ming LI,Hong-min LIU. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2014(09)
[4]非线性系统基于李雅普诺夫第一方法的控制律设计[J]. 雷靖,黄俊娇. 云南民族大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]轧机垂直振动三倍频颤振的分析与研究[J]. 石树正,孙丽红,王丽娜,徐政. 河北建筑工程学院学报. 2014(02)
[6]单输入单输出系统故障检测中匹配混沌激励的设计[J]. 杨东东,马红光,徐东辉,冯晓伟. 物理学报. 2014(12)
[7]现代连轧机耦合振动抑制重要进展[J]. 闫晓强,王辉,周杰,许建忠,单为春. 中国冶金. 2014(04)
[8]Non-probabilistic reliability method and reliability-based optimal LQR design for vibration control of structures with uncertain-but-bounded parameters[J]. Shu-Xiang Guo,Ying Li. Acta Mechanica Sinica. 2013(06)
[9]轧机耦合振动机理研究[J]. 王瑞鹏,彭艳,张阳,孙建亮. 机械工程学报. 2013(12)
[10]Track-position and vibration control simulation for strut of the Stewart platform[J]. Zhao-dong XU,Chen-hui WENG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2013(04)
博士论文
[1]板带轧机非线性扭转与垂直振动模型及其特性研究[D]. 蒋金水.燕山大学 2012
硕士论文
[1]四辊轧机垂直振动系统动力学建模及仿真分析[D]. 高瑞进.杭州电子科技大学 2014
[2]六辊冷轧机垂直振动特性研究[D]. 祝兴辉.天津理工大学 2014
[3]热轧过程中轧机耦合振动机理研究[D]. 王瑞鹏.燕山大学 2012
[4]CSP热连轧机振动问题分析[D]. 吴继民.河北工程大学 2012
[5]冷轧带钢卷取机张力控制的研究[D]. 颜廷洲.东北大学 2012
[6]带钢冷轧机轧制力模型研究及应用[D]. 杨志芬.燕山大学 2011
[7]冷带轧机垂直振动研究[D]. 蔡进.东北大学 2011
[8]基于轧制生产数据的变形抗力模型构建方法[D]. 郭振华.燕山大学 2011
[9]粗轧主传动扭振抑制的研究[D]. 刘忠峰.东北大学 2009
[10]多输入多输出冲击振动试验控制系统的研究[D]. 徐浩.南京航空航天大学 2009
本文编号：3638600
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：86 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1.绪论
1.1 课题研究背景
1.1.1 课题研究来源
1.1.2 课题研究目的及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轧机垂直振动国内外研究现状
1.2.2 轧机扭转振动研究现状
1.2.3 轧机垂扭耦合振动国内外研究现状
1.3 本文的主要研究内容
2 轧机垂直振动
2.1 轧机垂直振动的机理
2.1.1 轧机的三倍频振动的研究
2.1.2 轧机的五倍频振动的研究
2.2 轧机垂直振动模型
2.2.1 轧机垂直振动六自由度动力学模型
2.2.2 轧机垂直振动单自由度动力学模型
2.3 本章小结
3 轧机主传动系统振动
3.1 轧机主传动系统扭振现象
3.2 轧机主传动系统扭振机理
3.3 轧机主传动系统扭振模型
3.3.1 轧机主传动系统集中参数模型
3.3.2 轧机主传动系统二自由度模型
3.4 轧机主传动系统扭振稳定性分析
3.5 轧机主传动控制系统模型
3.6 轧机主传动系统轧制过程动力学分析
3.7 本章小结
4 轧制工艺及轧制过程数学模型
4.1 轧机轧制工序
4.2 轧制工序流程
4.2.1 带材的酸洗工序
4.2.2 带材的轧制工序
4.3 轧制数学模型
4.3.1 数学模型概述
4.3.2 建立轧制数学模型的方法
4.3.3 轧制力模型
4.3.4 轧制力模型对比
4.3.5 影响轧制力的因素
4.3.6 金属带材变形抗力模型
4.3.7 影响带材变形抗力的因素
4.4 本章小结
5 轧机垂扭耦合分析及模型建立
5.1 轧机垂直-扭转振动耦合机理
5.1.1 轧机辊缝数学模型
5.1.2 变形区摩擦模型
5.1.3 轧辊弹性压扁数学模型
5.2 垂扭耦合模型的建立
5.3 垂直－扭转耦合动力学模型参数确定
5.4 状态空间数学模型
5.4.1 病态系统的优化
5.4.2 系统的可控性、可观性与稳定性分析
5.5 本章小结
6 轧机垂直-扭转模型解耦控制
6.1 解耦控制概述
6.2 垂直—扭转解耦控制系统的设计
6.2.1 传递函数矩阵的求解
6.2.2 相对增益的求解
6.2.3 控制系统分类及解耦方法
6.3 解耦仿真优化
6.4 本章总结
7 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tandem Strip Mill’s Multi-parameter Coupling Dynamic Modeling Based on the Thickness Control[J]. PENG Yan,ZHANG Yang,SUN Jianliang,ZANG Yong. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2015(02)
[2]冷轧铜板带斯通轧制力模型研究[J]. 刘晓波,袁光前,熊珍艳. 机械设计与制造. 2015(01)
[3]Spatial Vibration and Its Numerical Analytical Method of Four-high Rolling Mills[J]. Yong-jiang ZHENG,Guang-xian SHEN,Yi-geng LI,Ming LI,Hong-min LIU. Journal of Iron and Steel Research（International）. 2014(09)
[4]非线性系统基于李雅普诺夫第一方法的控制律设计[J]. 雷靖,黄俊娇. 云南民族大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]轧机垂直振动三倍频颤振的分析与研究[J]. 石树正,孙丽红,王丽娜,徐政. 河北建筑工程学院学报. 2014(02)
[6]单输入单输出系统故障检测中匹配混沌激励的设计[J]. 杨东东,马红光,徐东辉,冯晓伟. 物理学报. 2014(12)
[7]现代连轧机耦合振动抑制重要进展[J]. 闫晓强,王辉,周杰,许建忠,单为春. 中国冶金. 2014(04)
[8]Non-probabilistic reliability method and reliability-based optimal LQR design for vibration control of structures with uncertain-but-bounded parameters[J]. Shu-Xiang Guo,Ying Li. Acta Mechanica Sinica. 2013(06)
[9]轧机耦合振动机理研究[J]. 王瑞鹏,彭艳,张阳,孙建亮. 机械工程学报. 2013(12)
[10]Track-position and vibration control simulation for strut of the Stewart platform[J]. Zhao-dong XU,Chen-hui WENG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2013(04)
博士论文
[1]板带轧机非线性扭转与垂直振动模型及其特性研究[D]. 蒋金水.燕山大学 2012
硕士论文
[1]四辊轧机垂直振动系统动力学建模及仿真分析[D]. 高瑞进.杭州电子科技大学 2014
[2]六辊冷轧机垂直振动特性研究[D]. 祝兴辉.天津理工大学 2014
[3]热轧过程中轧机耦合振动机理研究[D]. 王瑞鹏.燕山大学 2012
[4]CSP热连轧机振动问题分析[D]. 吴继民.河北工程大学 2012
[5]冷轧带钢卷取机张力控制的研究[D]. 颜廷洲.东北大学 2012
[6]带钢冷轧机轧制力模型研究及应用[D]. 杨志芬.燕山大学 2011
[7]冷带轧机垂直振动研究[D]. 蔡进.东北大学 2011
[8]基于轧制生产数据的变形抗力模型构建方法[D]. 郭振华.燕山大学 2011
[9]粗轧主传动扭振抑制的研究[D]. 刘忠峰.东北大学 2009
[10]多输入多输出冲击振动试验控制系统的研究[D]. 徐浩.南京航空航天大学 2009
本文编号：3638600
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3638600.html
