1、液壓控制系統結業論文液壓控制系統結業論文題目名稱： 帶材卷取機跑偏控制系統 學 院： 機械工程學院 專業年級： 流體傳動及其控制 09 姓 名： * 班級學號： 液09-11 指導教師： * 二一二 年 十二 月 二十八 日目錄第一章緒論11.1研究的目的及意義11.2國內外發展及狀況11.3帶材卷取機負載（工藝）分析11.4帶材卷取機主要技術要求2本章小結2第二章帶材卷取機總體設計方案32.1帶材卷取機機械傳動方案32.2帶材卷取機電氣控制方案32.3帶材卷取機液壓傳動總體設計方案3本章小結3第三章帶材卷取機主要技術指標計算43.1帶材卷取機靜態設計43.1.1伺服閥43.1.2液壓缸主要規

2、格尺寸43.1.3傳感器53.2帶材卷取機動態設計63.2.1各環節傳函6 3.2.1.1伺服閥 6 3.2.1.2液壓動力機構 6 3.2.1.3光電檢測器和伺服放大器 63.2.2系統方塊圖73.2.3伯德圖83.2.4確定開環增益83.2.5動態分析83.3帶材卷取機校核計算93.3.1穩態誤差校驗93.3.2系統精度指標校驗9本章小結9第四章帶材卷取機其它元件計算選擇10 4.1泵的選擇10 4.2閥的選擇10 本章小結10 第五章帶材卷取機泵站校核計算11 5.1帶材跑偏控制系統壓力損失計算 11 5.2帶材跑偏控制系統效率計算 11 5.3帶材跑偏控制系統液壓沖擊計算 11 5.4

3、帶材跑偏控制系統發熱計算 11 本章小結11第六章結論12致謝13參考文獻14 II 摘要 本設計為卷取機跑偏控制系統的設計。按照給定的每一部分的控制要求，借鑒已有的設計方案，針對實際生產工作中的問題繪出卷取機跑偏控制系統的系統原理圖。同時對液壓傳動理論、液壓元輔件的選擇與設計進行了較為深入的學習。關鍵詞:跑偏;液壓元輔件 Abstract This paper is a design on hydraulic serve system of coiling machine. According to every parts requirement and the problem of hyd

4、raulic 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

5、system, design and selection of hydraulic components and accessories. Keywords: EPC;hydraulic components and accessories 第一章 緒論1.1研究的目的及意義 在帶鋼的連續軋制過程中,由于帶鋼厚度不均、浪形及橫向彎曲、輥子偏心或有錐度、張力不適或張力波動較大等諸多原因,會出現帶鋼偏跑現象,這將使帶鋼卷取不整齊,直接影響包裝、運輸及降低成品率，所以有必要做跑偏控制系統來提高工作效率。 卷取機及其控制系統存在著許多缺陷，在實際生產中的問題很多，帶鋼取曲質量不穩定，卷形不良始終困擾著

6、許多鋼鐵企業，因此，深入設計開發具有良好的控制性能的跑偏控制系統，從而，實現新型卷取系統的國產化生產與設計，是一項十分緊迫的任務，意義十分深遠，有著巨大的經濟效益。1.2國內外發展及狀況 卷取機是連軋生產線上及其重要的設備，其性能的好壞直接影響成品的質量和整個機組的生產效率，研究高性能的卷取機是世界各個鋼廠的主要任務。在國外，經過許多年的發展，已經達到了一個相當高的水平，而且，新型的卷取系統都是國外產品。在國內，由于發展狀況的原因，現有的帶鋼生產線中所使用的卷取機技術大部分落后。1.3帶材卷取機負載（工藝）分析 與卷筒剛性連接的光電檢測器檢測到卷筒的橫向跑偏量，跑偏信號經放大器輸入伺服閥，由伺

7、服閥驅動液壓缸控制卷筒，使卷筒向跑偏方向跟蹤。當跟蹤位移相等時，偏差信號為零，卷筒處于新的平衡位置，使卷筒的帶鋼邊緣實現自動卷齊。 1.4帶材卷取機的主要技術要求卷取機滑臺自重（KN):350卷材自重（KN）：400工作行程（mm):450最大調解速度（mm/s): 30 系統頻寬（Hz):5卷齊精度（mm):0.5 導軌摩擦系數 u=0.05本章小結 對所設計的對象及系統要求有清晰的認識，是設計合理的，令人滿意的控制算法，選用經濟的，可行的實現途徑的必要前提和準備。本章對卷取機跑偏控制系統的組成及工作原理做了簡單的介紹，明確了跑偏控制系統的有關參數及要求，為了跑偏控制系統的設計提供了相關的依

8、據。 第二章 帶材卷取機總體設計方案 2.1帶材卷取機機械傳動方案 電動機通過傳動裝置控制卷筒的速度。伺服液壓缸與卷取機的滑臺剛性連接，控制滑臺的移動，使滑臺向糾偏的方向移動。2.2帶材卷取機電氣控制方案 光電檢測器檢測鋼帶位置。光電檢測器一般由發射光源和光電二極管接收器組成，光電管作為電放大器的輸入橋，帶鋼正常運行，光電管接收一半的光照，其電阻為R，經過調節，電橋平衡無輸出。當帶鋼跑偏，帶邊偏離檢測器中央時，電阻值隨光照變化，使電橋失去平衡，從而造成調節偏差信號，此信號經放大器放大之后，輸入伺服閥。2.3帶材卷取機液壓傳動總體設計方案 在伺服閥差動連接的線圈上產生差動電流，于是伺服閥輸出一正

9、比于差動電流的流量，使液壓缸拖動卷取機的卷筒，向跑偏的方向跟蹤，從而實現帶鋼自動卷齊。由于檢測器安裝在卷取機移動部件上隨同跟蹤實現位置反饋，很快又使檢測器中央又對準帶邊，于是，在新的平衡下卷取，完成一次自動糾偏過程。本章小結 對所設計的控制系統的各部分進行一定的了解，有助于促進各部分之間的銜接和系統的穩定性。本章對帶材卷取機跑偏控制系統的機械傳動部分、電氣控制部分及液壓傳動部分進行了簡單的介紹。 第三章 帶材卷取機主要技術指標計算 3.1帶材卷取機靜態設計 3.1.1伺服閥 滑閥的靜態特性就是壓力-流量特性，經推導和簡化以后得到四邊滑閥的壓力-流量特性方程為負載流量負載壓力為供油壓力為閥芯的位

10、移為流量系數為液體密度為面積梯度3.1.2液壓缸主要規格尺寸 帶鋼的橫向位移實際上是一個隨機信號，可用正弦信號逼近。因此，在求取負載軌跡方程式時，可用速度幅值作為最大工作速度，頻率為系統頻寬的一個正弦信號作為卷取機的典型信號，即 動力機構的平衡方程為慣性負載或彈性負載的負載軌跡是一個正值橢圓曲線，負載軌跡的通式可表示為 找閥控缸動力機構的輸出特性與該負載軌跡相切，并使兩者的最大功率點盡量靠近，負載軌跡的最大功率點可通過求導數并令其為零求得，其值為： 找一個閥控缸動力機構的輸出特性與該負載軌跡相切，并使兩者的最大功率的軌跡點盡量重合或靠近。負載功率為令WL對F求導并令其為零，求得最大功率點的負載

11、力為 F=28300N; V=0.028m/s液壓動力機構的最大功率點公式為 是動力機構和負載軌跡點相重合，并認為他們在該點相切，則A，Qs2分別為：這里參照同類機組，供油壓力取4mpa，根據上式計算結果，液壓缸直徑取標準值后3.1.3傳感器 該系統采用美國FIFE公司產的DAC-004型二極管陣列式光電傳感器。該傳感器的輸入-輸出具有良好的線性特性。精度：0.1mm，視場：1000mm,模擬輸出量：0-10mA。3.2帶材卷取機動態設計3.2.1各環節傳函3.2.1.1伺服閥 選取63bar的DYC系列兩級滑閥式電液伺服閥，其空載流量 選取DYC系列供油壓力Ps=63bar時，額定空載流量為

12、40L/min伺服閥可以滿足要求，該伺服閥的額定電流為300mA,當閥工作在Ps=40bar時空載流量為則伺服閥流量增益為 伺服閥的傳遞函數通常用振蕩環節來近似，由于一般情況下伺服閥的固有頻率是液壓固有頻率的三倍以上，現取,并根據經驗暫取伺服閥阻尼比為伺服閥流量增益為伺服閥固有頻率為伺服閥阻尼比3.2.1.2液壓動力機構為液壓缸有效工作面積為液壓缸阻尼系數(根據同類機組測定）為液壓固有頻率為液壓油體積彈性模數為液壓缸的有效工作面積為負載質量為系統總壓縮體積（計算液壓缸的容積時，考慮到管道容積，加上系數）由此得到液壓缸-負載的傳遞函數3.2.1.3光電檢測器和伺服放大器根據式得出光電檢測器和伺服

13、放大器可看成比例環節。增益Ki可通過改變伺服放大器的增益在較寬的范圍內調整。3.2.2系統方塊圖 Xi 3.2.3伯德圖3.2.4確定開環增益 帶鋼卷曲跑偏控制系統的穩態誤差主要是速度和加速度信號引起的，其中速度引起的誤差所占的比重較大。考慮的其他因素的影響，進行誤差分配并保留有一定的分量，所以暫確定允許誤差（對應最大工作速度）為 系統開環增益為 3.2.5動態分析根據開環系統的傳遞函數繪出系統的伯德圖查的所以該系統是穩定的。3.3帶材卷取機校核計算3.3.1穩態誤差校驗 S-03.3.2系統精度指標校驗 因為系統的穩態誤差在設計要求的卷齊精度0.5之內，即 （卷齊精度） 所以系統的精度符合要

14、求。本章小結 本章主要對系統的伺服閥和液壓缸進行靜動態分析，同時求出系統各個環節的傳遞函數，并由此繪出系統方框圖和伯德圖，通過伯德圖對系統穩定性進行校核第四章 帶材卷取機其它元件計算選擇4.1泵的選擇對的系統，液壓源的流量為選用工作壓力為Ps0=6.3Mp流量為Qs0=25L/min的葉片泵滿足要求4.2閥的選擇選取DYC系列供油壓力Ps1=63bar時，額定空載流量為40L/min伺服閥本章小結本章從經濟上和效益上對控制系統所需的泵和伺服閥進行的適當的選擇。第五章 帶材卷取機泵站校核計算5.1卷取機控制系統壓力損失計算5.2卷取機控制系統效率計算5.3卷取機控制系統液壓沖擊計算急劇改變液壓缸

15、的運動速度時，由于液體及運動機構的慣性作用而引起的壓力沖擊，其液壓沖擊為Li為液流第i段管道的長度 Ai為液流第i段管道的截面積 為液壓缸的活塞面積為液壓缸的速度變化量為液壓缸速度變化所需的時間為液體密度為負載質量5.4卷取機控制系統發熱計算本章小結在液壓系統設計完成后，需要對它的技術性能進行驗算，以便判斷設計的質量。本章就對系統的壓力損失、系統效率、發熱量及液壓沖擊進行了驗算。第六章 結論 本論文以由液壓缸、伺服閥、及光電元件為核心組成的位置控制系統為研究基礎，對由多元件組成的電液防跑偏控制系統的控制單元進行分析和仿真研究，得出了以下結論：(1)系統完整地建立了電液位置控制系統的數學模型，并

16、在此基礎上利用開環伯德圖對系統穩定性進行了分析，得出系統穩定性較好的結論。(2)利用MATLAB軟件的SIMULINK仿真環境及相關工具箱，創建了系統仿真模型，分析了校正后系統各參數對系統動態特性的影響。致謝本文是在*老師的悉心指導下完成的。對于設計上的每個細節，老師都給予我嚴格要求，從他的身上我不僅學到了專業知識，更學到了作為一名工程學者的嚴謹與敬業，認真負責的工作態度。另外，在設計的過程中，我對液壓專業有了進一步的了解。至此論文完成之際，特向一直關心我們生活和指導我們學業的導師表示崇高的敬意和衷心的感謝。感謝本組*等同學，他們在設計當中給了我許多幫助和鼓勵。 參考文獻1 安峰.李彩云.吳曉

17、君.孟欣.薛蒲昌，帶鋼卷取機跑偏電液伺服系統PID控制器的設計，工礦自動化，2009.7，No.7，13-162 閆小偉，卷取機跑偏控制系統設計與仿真研究，太原：太原理工大學，2006.53 李彩云，帶鋼卷取機跑偏控制系統的設計與分析，西安：西安建筑科技大學，2009.64 孫野.王慧，帶鋼卷取機電液伺服跑偏控制系統特性分析，流體傳動與控制，2010.1，No.38,9-125 宋云清，帶鋼卷取機跑偏電液伺服控制系統的仿真，流體傳動與控制，2010.1，No.38，14-166 鄭淑娟.賈建濤.段現銀，比例閥控電業糾偏系統的設計與分析，機床與液壓，2010.8，Vol.38，No.16,57-

18、597 張新宇.姚瑤.陳忠基.吳曉元，帶鋼跑偏液壓伺服系統建模研究，機械設計與制造，2009.6，No.6，130-1318 胡盤峰.陳慧敏，帶鋼跑偏電液伺服控制系統研究與SIMULINK仿真，常州：常州信息職業技術學院，2009.109 寇雪芹.谷立臣.馬玉，帶鋼跑偏電液伺服控制系統的PID控制器設計，計算機工程與應用，2012.4，No.48，235-23710 劉春艷.鈕王杰，基于MATLAB的帶鋼卷取機跑偏電液伺服控制系統的PID控制，山西大同大學學報，2010.10，Vol.26，No.5，79-8811 蘆長耿，液壓伺服跑偏控制，機床與液壓，1976.3，No.1，18-3312 吳金鵬，卷取機數字控制系統的分析與實現，天津：天津理工大學，2007.1213 趙麗娟.才宏.劉杰，四輥冷連軋機液壓壓下系統建模研究，機床與液壓，2006，No.2，128-12