连铸扇形段四缸同步液压系统的研究
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摘要
随着我国工业化和现代化建设的不断深入,我国已经成为了世界上最大的钢铁生产和消费大国,企业对钢材的需求量增加的同时对钢材质量也提出了更高的要求。本课题是以某钢铁公司的科技攻关项目“连铸扇形段辊缝调节”中的四缸同步液压控制系统为研究对象,采用伺服阀提高系统的位置控制精度和系统的响应能力。
论文开始对连铸技术国内外发展状况进行了概述,然后通过对连铸扇形段结构的分析以及多缸同步实现方法的了解,确定本课题采用阀控非对称缸伺服系统。在一定的假设条件下建立了阀控非对称缸的数学模型,并对相关的参数进行了详细的推导和求解。在建好数学模型的基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件对未加控制器的四缸运动进行了仿真,通过仔细分析,明确了采用控制策略的必要性。随后对PID控制和模糊控制进行了阐述,并对在PID控制策略作用下的四缸运动进行了仿真,通过对仿真结果的分析,找出了常规PID控制器在本课题中的局限性,最后采用了模糊控制和PID控制相结合的控制策略对四缸同步系统进行控制。
仿真结果表明,在模糊PID控制作用下连铸扇形段四缸运动在误差允许范围内实现了同步,同步误差小于1%。同时,当系统受到较大的外力冲击时,四缸也能够迅速的同步提升,保护了液压系统免受损坏,达到了设计要求。
With the development of industrialization and modernization,China has become the largest steel producer and consumer in the world. The Enterprises's Steel demand is more larger and quality demand is higher at the same time. This task researched hydraulic synchronization control of four-cylinder systems based on the sector section roll gap of continuous casting which is the key problems in science and technology of one steel compony.Servo system used to improve the position control system accuracy and responsiveness.
At the begining of text,it makes a summarize about the development of continuous casting technology. And then by the analysis of fan-shaped structure above, the valve-controlled nonsymmetrical hydraulic cylinder system is adopted. After some assumptions, the valve-controlled nonsymmetrical hydraulic cylinder math model is built and solving parameters of the system. Based on math model, simulation of four-cylinder synchronization without controller is made by MATLAB/Simulink module tool. Then make a expatiation about PID controller and fuzzy controller. Simulation of four-cylinder,s movement which under PID control strategy is made.To overcome the limitation of PID control appeared in the analysis result,a new kind of strategy is designed to control the hydraulic system using fuzzy-PID complex controller method.
Simulation results show that Four-cylinder's movement have reached synchronization while synchronization error in the range of allowable values which is 1%.At the same time, when the system by the larger external shocks, four-cylinder can be quickly synchronized to upgrade and protect the hydraulic system from damage,so it reachs the design requirements.
论文开始对连铸技术国内外发展状况进行了概述,然后通过对连铸扇形段结构的分析以及多缸同步实现方法的了解,确定本课题采用阀控非对称缸伺服系统。在一定的假设条件下建立了阀控非对称缸的数学模型,并对相关的参数进行了详细的推导和求解。在建好数学模型的基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件对未加控制器的四缸运动进行了仿真,通过仔细分析,明确了采用控制策略的必要性。随后对PID控制和模糊控制进行了阐述,并对在PID控制策略作用下的四缸运动进行了仿真,通过对仿真结果的分析,找出了常规PID控制器在本课题中的局限性,最后采用了模糊控制和PID控制相结合的控制策略对四缸同步系统进行控制。
仿真结果表明,在模糊PID控制作用下连铸扇形段四缸运动在误差允许范围内实现了同步,同步误差小于1%。同时,当系统受到较大的外力冲击时,四缸也能够迅速的同步提升,保护了液压系统免受损坏,达到了设计要求。
With the development of industrialization and modernization,China has become the largest steel producer and consumer in the world. The Enterprises's Steel demand is more larger and quality demand is higher at the same time. This task researched hydraulic synchronization control of four-cylinder systems based on the sector section roll gap of continuous casting which is the key problems in science and technology of one steel compony.Servo system used to improve the position control system accuracy and responsiveness.
At the begining of text,it makes a summarize about the development of continuous casting technology. And then by the analysis of fan-shaped structure above, the valve-controlled nonsymmetrical hydraulic cylinder system is adopted. After some assumptions, the valve-controlled nonsymmetrical hydraulic cylinder math model is built and solving parameters of the system. Based on math model, simulation of four-cylinder synchronization without controller is made by MATLAB/Simulink module tool. Then make a expatiation about PID controller and fuzzy controller. Simulation of four-cylinder,s movement which under PID control strategy is made.To overcome the limitation of PID control appeared in the analysis result,a new kind of strategy is designed to control the hydraulic system using fuzzy-PID complex controller method.
Simulation results show that Four-cylinder's movement have reached synchronization while synchronization error in the range of allowable values which is 1%.At the same time, when the system by the larger external shocks, four-cylinder can be quickly synchronized to upgrade and protect the hydraulic system from damage,so it reachs the design requirements.
引文
1.姜永林.连铸生产概论[M],沈阳：东北工学院出版社,1992,34.
2.刘铁岭,杨守礼.我国连续铸钢技术装备发展现状及应注意的问题[J],北京：北京科技大学学报,2004.
3.李纯忠,熊毅刚.连铸设备[M],沈阳：东北大学出版社,1993,35-39.
4.中国金属学会连续铸钢专业委员会.我国连铸技术的现状与展望[J],中国冶金,2000(5)：36-37.
5.杨明波,潘复生.双辊薄带连铸技术的研究现状及进展[J],铸造技术,2001(5)：25-27.
6.张丕军,刘小梅.国内外薄带连铸技术的发展与现状[J],宝钢技术,2007(6)：34.
7.干勇,唐红伟,仇圣桃.连续铸钢在钢铁生产流程中的作用及现代连铸技术简介[J],中国科学,2008,38(5)：1384-1390.
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9.叶茂.多缸驱动同一执行机构的同步问题研究[J],高校理科研究,2006(3).
10.罗艳蕾.液压同步回路及同步控制系统实现的方法[J],液压与气动,2004(4)：42-46.
11.黄海涛.液压缸同步回路的设计与应用[J],流体传动与控制,2006(9).
12.冯华.液压同步的实现与应用[J],中国科技信息,2006(9)：296-298.
13.机械设计手册编委会.机械设计手册第四卷[M],北京：机械工业出版社,2004.
14.王春行.液压控制系统[M],北京：机械工业出版社,1999.
15.曹鑫铭.液压伺服系统[M],北京：冶金工业出版社,1991.
16.吴振顺.液压控制系统[M],北京：北京高等教育出版社,2008.
17.周恩涛.液压系统设计元器件选型手册[M],北京：机械工业出版社,2007.
18.姜继海,宋锦春,高常识.液压与气压传动[M],北京：高等教育出版社,2001.
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20.贾铭新.液压传动与控制[M],北京：国防工业出版社,2001.
21.李永堂.液压系统建模与仿真[M],北京：冶金工业出版社,2003,198-241.
22.张嗣瀛.现代控制理论[M],沈阳：东北大学出版社(内部教材),2000,66-68.
23.柳洪义,罗忠,王菲.现代机械工程自动控制[M],东北大学内部讲义,2007.
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27.薛定宇,陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M],北京：清华大学出版社,2007.
27.王正林,王胜开,陈国顺MATLAB/Simulink与控制系统仿真[M],北京：电子工业出版社,2005.
28.林君哲.基于电液伺服位置控制系统的振动出料系统设计及仿真研究[D],沈阳：东北大学,2007.
29.刘治宇.锻造操作机夹钳升降液压系统建模与仿真[D],沈阳：东北大学,2007.
30.黄忠霖.控制系统MATLAB计算及仿真[M],北京：国防工业出版社,2004.
31.钟麟MATLAB仿真技术与应用教程[M],北京：国防工业出版社,2004.
32.王秋敏.伺服阀控非对称液压缸同步控制系统仿真研究[D],济南：山东大学,2005.
33.陶永华.新型PID控制及其应用[M],北京：机械工业出版社,2005.
34.李少远.智能控制[M],北京：机械工业出版社,2005.
35.陈立锋.PID控制技术及其参数整定方法[J],济宁学院学报,2008.
36. Hongbin Zhang, Juebang Yu. Fuzzy modeling and synchronization of hyperchaotic systems [J], ELSEVIER,2005(1):835-837.
37.易继锴,候媛彬.智能控制技术[M],北京：北京工业大学出版社,1999.
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