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一种双液压缸同步控制方法及其仿真研究 张志伟1,张福波1 ,2,王国栋2 1. 东北大学机械工程与自动化学院,沈阳110006 ; 2.东北大学国家重点实验室,沈阳110006 摘要本文介绍了一种简单实用的双液压缸同步控制方法,并利用计算机仿真的方法对该控制方法的控制效果进行了研究。 东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的一台UC轧机的AGC系统中实际应用了该控制方法。实际应用表明,该方法简单 易行,且具有很好的同步控制效果。 关键词双液压缸;同步控制;仿真研究 中图分类号 TH137 文献标识码 B 文章编号 1001 - 3881 2003 3 - 232 - 1 An Synchronization Control Strategy Applied in Two Cylinders System and Its Simulation ZHANG Zhi2wei1, ZHANG Fu2bo1 ,2, WANG Guo2dong2 1. School of Mechanical Engineering and Automation , NEU , Shenyang 110006 ; 2. State Key Lab , NEU , Shenyang 110006 , China Abstract This paper tends to introduce a practical but simple synchronization control strategy and verify it by means of simulation. This had been applied in the AGC system of the UC mill of the State Key Lab of NEU. The results show that the strategy is practical and can act well. Keywords Two cylinders; Synchronization control ; Simulation 0 引言 UC轧机是东北大学轧制技术及连轧自动化国家 重点实验室研制的一台单机架六辊轧机。这种轧机具 有板型好、精度高、降低轧制力等优点。该机AGC系 统的辊缝调节机构由电液伺服阀驱动的两个液压缸组 成,通过对液压缸柱塞位置的控制来实现轧辊辊缝的 调节,从而保证带钢的纵向厚度公差。由于两液压缸 驱动同一负载,当两液压缸输出不同步时,两液压缸 之间势必存在着相互作用,这种相互作用使系统的动 态性能恶化,限制了系统的频宽,严重时可使系统失 稳。本文采用了一种简单实用的同步控制方法保证了 厚度控制系统对双液压缸的同步要求。 1 同步控制算法 该同步控制算法的原理框图如图1所示,其中位 置同步控制算法可以采用比例算法或比例微分算法。 采用比例算法可以减小位置同步误差,而采用比例微 分算法可同时降低位置同步误差和速度同步误差。 图1 位置同步控制原理框图 为讲述方便,定义如下符号, yi1当前控制周期1 液压缸柱塞位置的实测值; yi2当前控制周期2 液压缸柱塞位置的实测值; yi- 1 1 上一控制周期1 液压缸柱塞位置的实测 值; yi- 1 2 上一控制周期2 液压缸柱塞位置的实测值; 1当采用比例算法时, y′ k1 y i 12y i 2 2当采用比例微分算法时, y′k1 y i 12y i 22 k2 y i21 12y i21 2 其中, k1、k2为比例系数。 2 仿真研究 为了检验该算法的控制效果,本文对该控制算法 进行了仿真研究。控制器1、控制器2采用自校正控 制算法。作者通过改变两个阀控缸位置子系统数学模 型的参数,使两个子系统的响应曲线有较大的差别, 以便更容易观察出算法的控制效果。输入信号采用频 率为50Hz、幅值为1μm的方波信号,在MAT LAB环境 下,应用SIMULINGK仿真工具构造仿真框图,在k1、 k2取不同值时进行仿真分析,结果如图2所示,得到如 下结论 1采用比例算法可以得到很好的控制效果,此时 可取k1015。 2采用比例微分算法时,k1的取值在015附近为 图2 位置同步控 制仿真分析 宜; k2的取值不宜过大,否 则易使系统不稳定。 当取K1015、K2 010001时,仿真结果如图2 所示。图中,曲线1、2表示 的是两个阀控缸子系统未加 进同步控制算法时的响应曲 线,可以看出二者的误差较 大;曲线3、4表示的是加进同步控制算法后两个子系 下转第239页 232机床与液压20031NO13 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. ρⅡ1 1/R S ρⅡ2 1/ RS ∑ ρ 2/RS- 2/ Rf12 F ρ 0 3 应用举例 以9039260EH轴承为例,其承受轴向力Fa 490kN,转速ω 10πr/ s,材料的等效弹性模量E 3 115.385GPa计算轴承中各接触区大小及最大赫 兹接触应力、滑动速度。 该轴承的基本尺寸如下[4] T 73 A 162 C 3518 Dw 3018 r 112 R 27915 ReRi 287 d2 4131223 α 48115860 γ 44182830 d1 35015 取Rf 0195ρ0,其中ρ0为一参考圆曲率半径ρ0 278。这样, RS 26411 l 4210 △2 301754 h 01381 θ 210050 ψ 311220 滚子的公转和自转速度为ωG 14182r/ s , ω Z 179102 r/ s 接触区出现最大的打滑速度为在轴圈上Vi 234196mm/ s , 在座圈上Ve 209165mm/ s。 在滚子接触区上的载荷由6式可得 Qe 191424kN , Qi 191343kN , Qf 21183kN , Fc 010065kN 由4式可计算出各接触处压应力分布。 1在轴圈滚道接触点上 ∑ ρ 0107109mm- 1 , F ρ 0199743 a 3 131090, b 3 012208 a 0102361310919343/0107109 1/3 201018 mm b 01023601220819343/0107109 1/3 01338 mm p0 319343/2π 20101801338 13661349MPa 接触区中心坐标 xci 1701949mm , y ci 301005 mm 2在座圈接触处 ∑ ρ 0106348mm- 1 , F ρ 0199708 由 F ρ的值可得[2] a 3 1215075, b 3 0122 a 010236121507519424/0106348 1/3 191891mm b 0102360122619424/0106348 1/3 01359 mm p0 319424/2 π 19189101359 12971286 MPa 接触区中心坐标 xce 1911449mm , yce 51.813mm 3在挡边接触处 ∑ ρ 3195510 - 4 mm- 1 , F ρ 0 a 3 b 3 1 ab 01023612183/3195510 - 41/3 41171mm p0 32183/2 π 411712 591919 MPa 接触区中心坐标 xcf 1891412mm , y cf 191660 mm 4 结束语 经过实例计算发现,在接触区上的应力比较高。 如果材料的屈服应力较低时则会使滚子产生塑性变 形,因此必须合理选择材料。且存在较严重的打滑运 动,容易引起磨损。另外,由于应力处于不断循环之 中,容易使材料产生疲劳。为防止疲劳发生应该合理 设计球面尺寸和接触位置。 参考文献 【1】K leckner R. J., Spherical Roller Bearing Analysis I, II , NASA CR - 165203 , 1980 【2】Harris T. A., Rolling Bearing Analysis , 2nd , John Wiley Sons , 1984 【3】Yallian T., Rolling Bearing Damage Atlas. SKF , 1974 【4】推力调心滚子轴承设计方法 1 洛阳轴承研究所, 1989 收稿时间 2002 - 07 - 08 上接第232页 统的响应曲线,这两条曲线被曲线1、2所包围。可以 很清楚地看出应用该同步控制算法后,两条曲线的误 差明显减小。 3 结论 1采用比例算法或比例微分算法可有效地对双 液压缸位置的同步进行控制。 2采用比例微分控制时,微分项的系数不宜过 大,微分作用过强将导致系统不稳定。 参考文献 【1】周继成.双液压马达同步驱动电液伺服系统的研究.哈尔 滨工业大学博士学位论文, 1995 【2】张福波. UC轧机压下系统自校正控制的研究.东北大学 硕士学位论文, 2001 【3】薛定宇.控制系统计算机辅助设计 MAT LAB语言及应用. 清华大学出版社, 1996 收稿时间 2002 - 06 - 14 932机床与液压2003. NO. 3 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved.