天铁轧机轴系扭振特性及抑制方法的研究

论文摘要

随着现代轧钢工业对产品的质量要求越来越高,给轧机主传动系统提出了更高的动态响应性能和稳态精度技术要求。由于负载扰动的影响和电机与轧辊之间的弹性连接阻碍速度控制系统性能的提升,特别是在轧机咬钢、抛钢,以及负荷变化产生强冲击时,主传动系统经常会发生扭振。轧机发生扭振现象不仅影响生产工作的正常进行,降低轧件的质量,还降低了传动系统的疲劳寿命,影响传动系统的安全生产,严重时会发生断辊、断轴等事故,造成轧钢机械设备的损坏。针对天铁轧机传动系统的扭振问题,本文将传动系统中的机械部分和电气部分作为一个整体进行研究。利用Matlab/Simulink仿真软件分别对轧机主传动轴系模型和轧机的电气控制系统进行建模,并通过模拟仿真结果与实际参数的对比验证模型的正确性。本文根据经验公式对天铁F1轧机进行了主传动系统固有扭振频率及振型的计算,通过对各固有频率主振型的分析,指出容易发生扭振的轴段。然后,利用建立的仿真模型进行典型轧制过程扭振特性仿真测试,对仿真结果进行分析,得出与根据经验公式计算结果一致的结论。最后,通过不同轧制条件下轧机扭振特性仿真测试,得出重要结论:系统的阻尼特性是系统扭振控制和抑制的关键,不同的阻尼特性对于系统将产生不同的影响。针对天铁轧机的扭振问题,利用提出的“通过调整系统阻尼来对轧机扭振进行抑制和控制”的观点,本文采用模糊单神经元PI混合控制方式对轧机主传动系统进行控制。通过大量的典型工况仿真,结果表明:采用混合控制方式之后,系统在动态情况下具有更快的动态响应,超调量小,动态响应时间短;系统在稳态情况下有更高的稳态精度;系统的鲁棒性明显加强,扭振情况得到明显改善。所以,模糊单神经元混合控制方式是一种对轧机扭振现象进行抑制和控制的有效方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本课题的研究现状
• 1.3 本文的主要内容
• 2 轧机主传动系统扭振的产生原因
• 2.1 轧机扭振现象概述
• 2.2 轧机扭振现象
• 2.2.1 负荷变化时引起的扭振现象
• 2.2.2 轧机传动控制系统引起的扭振
• 2.2.3 其他情况引起的扭振
• 2.3 轧机扭振产生的原因和特征
• 2.3.1 轧机扭振产生的原因
• 2.3.2 轧机扭振的特征
• 2.4 本章小结
• 3 轧机主传动系统仿真模型的建立与验证
• 3.1 轧机主传动系统动态仿真模型的建立
• 3.1.1 主传动系统机械轴系建模
• 3.1.2 电气驱动系统建模
• 3.2 系统动态仿真模型的验证
• 3.2.1 系统动静态运行特性的验证
• 3.2.2 实验验证
• 3.3 本章小结
• 4 轧机主传动系统扭振特性分析
• 4.1 轧机主传动系统固有扭振频率及振型计算
• 4.2 轧机主传动系统扭振动态仿真
• 4.2.1 典型轧制过程中扭振特性仿真
• 4.2.2 不同轧制条件下轧机扭振特性仿真
• 4.3 本章小结
• 5 模糊单神经元PI 混合控制方法在轧机扭振抑制中的应用
• 5.1 轧机电气传动系统模型
• 5.2 模糊控制
• 5.2.1 模糊控制的基本概况
• 5.2.2 模糊集合
• 5.2.3 基本样条函数的定义与特性
• 5.2.4 参数自调整的模糊控制器的设计
• 5.3 单神经元控制
• 5.3.1 单神经元控制原理
• 5.3.2 单神经元控制器学习规则
• 5.3.3 有监督Hebb 学习规则参数选择
• 5.4 模糊单神经元PI 控制器在轧机传动系统中的控制效果
• 5.4.1 模糊单神经元PI 控制系统
• 5.4.2 混合控制系统轧机系统仿真
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B R1 粗轧机上主传动系统参数
• C F1 精轧机主传动系统参数