龙门式矫直机液压伺服控制系统建模与仿真.pdf

2 0 1 5 年 5月 第 4 3卷 第 9期 机床与液压 MACHI NE TO0L HYDRAULI CS Ma v 2 01 5 Vo 1 ． 4 3 No ． 9 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 5 ． 0 9 ． 0 4 7 龙门式矫直机液压伺服控制系统建模与仿真 方学红 ，康健 ，李新有 1 ． 重庆赛迪冶炼装备系统集成工程技术研究中心有限公司，重庆4 0 0 0 1 3 ； 2 ．中冶赛迪工程技术股份有限公 司， 重庆 4 0 1 1 2 2 摘要为了分析龙门式矫直机液压伺服控制系统的综合性能，根据系统控制模型，在充分考虑系统非线性因素的基础 上 ，采用 Ma t l a b中的 S i m Me c h a n i c s 等模块建立了综合仿真分析模型，得到了液压伺服控制系统的动态响应特性。结果表明 该建模方法正确，为龙门式矫直机液压伺服控制系统的优化设计提供了新方法。 关键词龙门式矫直机 ；垂直调整装置；液压伺服控制 ；仿真模型；动态响应特性 中图分类号 T H1 3 7 ． 7 文献标志码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 5 9 - 1 6 5 - 4 S i mul a t i o n a nd M o d e l i ng o f o n Hy dr a u l i c S e r v o Co n t r o l S y s t e m o f Ga nt r y St r a i g ht e n e r F ANG Xu e h o n g ．KANG J i a n ．L I Xi n y o u 1 ． C h o n g q i n g C i s d i S m e l t E q u i p me n t S y s t e m I n t e g r a t i o n E n g i n e e r i n g T e c h n o l o g y R D C e n t r e C o ． ， L t d ． ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 1 3 ，C h i n a ； 2 ． C i s d i E n g i n e e r i n g T e c h n o l o gy C o ． ，L t d ． ， C h o n g q i n g 4 0 1 1 2 2 ，C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o a n a l y z e t h e c o mp r e h e n s i v e p e r f o r ma n c e o n h y d r a u l i c s e r v o c o n t r o l s y s t e m o f g a n t r y s t r a i g h t e n e r ，a c c o r d i n g t o t he s y s t e m c on t r o l mo d e l ，o n t he ba s i s o f f u l l c o n s i d e r a t i o n t o t he n on l i n e a r f a c t o r s o f s y s t e m ，t h e c o mp r e h e ns i v e s i mu l a t i o n a na l y s i s mo de l i s e s t a b l i s h e d b y us i ng Si mMe c ha n i c s mo d u l e s a n d o t h e r s i n Ma t l a b．Th e d y na mi c r e s po n s e c h a r a c t e ris t i c s o f h y d r a ul i c s e r v o c o n t r o l s y s t e m w e r e o b t a i n e d ．T h e r e s u l t s s h o w t h a t t h e mo d e l i n g me t h o d i s c o r r e c t ，wh i c h p r o v i d e s n e w me t h o d f o r o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f h y dr a ul i c s e i To c o n t r o l s y s t e m o f g a n t ry s t r a i g ht e ne r ． Ke y wo r d s G a n t r y s t r a i g h t e n e r ； V e r t i c al a d j u s t m e n t d e v i c e ； H y d r a u l i c s e r v o c o n t r o l ； S i mu l a t i o n m o d e l ； D y n a m i c r e s p o n s e c h ar- a c t e r i s t i c s 0 前 言 龙门式多辊矫直机 ，通过垂直调整装置来调整矫 直辊缝 ，采用液压伺服控制的方式来控制矫直过程， 实现高精度矫直 。 对 液压伺服控制系统 的建模 与仿 真研究 很多 ，陈 永清⋯、阎晓珊等 采用传递函数 的方式建立了液 压伺服控制系统的仿真模型 ，其特点是系统建模采用 机理建模和传递函数描述方式 ，将液压元件简化为数 学 函数 ，将 负载用多 阶传递 函数来描述 。这 种仿 真模 型由于对实际系统进行了很多简化，没有充分考虑伺 服阀的流量饱和 、管道 油容积 、油液 压缩性和液压机 械耦合特性等非线性因素对系统响应特性的影响，其 仿真结果精度不 高 ，难 以反 映实 际 系统 的综 合性 能 。 为提高仿真精度 ，了解元件非线性因素以及负载耦合 特性对系统 响应 特性 的影响 ，在 受力 分析 的基础 上 ， 根据垂 直 调 整 装 置 的控 制 模 型 ，采 用 M a t l a b中 的 S i m Me c h a n i c s 等模块建立了仿真模型并进行了综合仿 真分析 ，得到 了液压伺服 系统 的动态 响应特性 ，为龙 门式矫直机液压伺服控制系统 的优化设计提供了新 方法 。 1 系统工作原理 1 ． 1 系统 组成 矫直 辊垂 直调整装置 由液压缸驱动 ，分别作用在 R 2 、R 4 、R 6和 R 8上矫 直 辊 的操 作 侧和传 动 侧 ，如 图 1 所示 。 箜童直 ． 图 1 垂直调整装置机构简图 液压伺服系统由伺服阀、减压阀、管路和液压缸 等组成，根据压下制度调整上矫直辊的位置实现矫直 辊缝 的调整 ，同时施加一定矫直力 ，防止矫直 时矫件 在竖直方向的串动 ，为保证设备安全 ，液压系统具备 过载保护功能。 1 ． 2控 制模 型 液压缸为单作用缸 ，通过一个带内置放大器和阀 收稿 日期 2 0 1 4 - 1 0 - 1 6 作者简介方学红 1 9 7 8 一 ，男，硕士，工程师，研究方向为流体传动与控制 、计算机仿真。E - ma i l x u e h o n g ． f a n g c i s ． d i ． c o m． c n。 1 7 2 机床与液压 第 4 3卷 县0 ． 6 s 冀o 1 0 1 ． 2 1 0 1 ． 2 1 0 1 ． 3 1 0 1 ． 4 时 间 图 9 试验油缸速度曲线 时 间f ， s 图 1 0 仿真油缸速度曲线 改变负载参数 ，模拟泵送水的工况，同样得到一 组数据，并取稳定后某时刻的压力值进行对 比，表 2 是泵送水与泵 送 C 2 5混凝 土 时 的某 时 刻测 试点 压 力 数据对 比。 表 2 某 时刻试验数 据与仿真 结果对 比 MP a 通过对 比分 析 ，可 以发现 1 由于试 验 采 样 频 率 为 1 0 0 H z ，相 当 于 0 ． O 1 s 的步 长 ，在 0 ． 3 s的换 向 时 间 内 ，取 点 数 量 较少 ，因而出现锯齿形曲线；而仿真步长 0 ． 0 0 1 s ， 得出曲线较平滑。但摆动系统各点压力变化趋势是 基 本一致 的 ，并且 取点 读数 对 比表 明 ，仿 真数 据 与 试验结 果相差在 5 ％以 内，能够 准确地反 映实 际 情 况 。 2 摆动 系统 的大部 分压力损失 在沿程 管道 中 ， 系统效率有待提升；左右两摆缸无杆腔压力差代表此 时摆动系统获得的动力大小，随着速度的提升，压力 差逐步减小，而在后半段此压力差基本保持不变 ，说 明此时系统流量达到管道流量 承载上限 ，速 度达 到最 高后稳定并略有下降 因蓄能器压力逐步降低 ，稳 定状态下左右摆缸压力 差代表 了系统 的负载 大小 ，S 管所受合力为 0 ，S管换向是一个加速一匀速一减速 的运动过程 。 3 从速度曲线及压力曲线可以看 出，摆缸在 到位后有一段持续时间较长的振动 ，与油缸缓冲性 能、油液弹性模量、油液黏度等有较大关系。减小油 缸的到位振动对于提高混凝土泵的稳定性，延长摆缸 寿命等意义重大，仍有较大的提升空间。 4结论 针对典 型电控换 向混凝土泵的摆动系统运用 A ME S i m软 件进 行 了建模 与 仿真 ，提 出了符 合 泵送 C 2 5混 凝 土 实 际 工 况 的 系 统 负 载 加 载 方 式 ，结 果 表 明所建模型准确 ，仿 真结果与实际试验数据 匹 配度 非常 好 ，能够 反 映摆 动 系统 的 压力 变 化 规 律 、 运动 规律 以及 振 动特 性 。在 此 仿 真 模 型 的基 础 之 上 ，还可 以详 细分 析各参 数对换 向 系统 的影响 ， 并 提 出更 好 的优 化 匹 配方 案 ，对 于 换 向系 统 的 优 化设计 ，能够起到理论指导作 用 ，并节约大 量用 于试 验研 究 的成 本 。 参考文献 [ 1 ]彭秀英． 混凝土泵开式液压系统液压冲击分析与对策 [ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 3 ， 2 8 1 1 1 2 - 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