气动板形仪测控系统实验研究及板形理论建模仿真

论文摘要

板形是板带产品的主要质量指标之一,随着板厚品质的不断提高,人们对带材板形质量提出了越来越高的要求。板形控制成为现代高精度板带轧机关键技术的重要发展方向之一。板形检测、板形识别与板形控制理论及数学建模则是此项技术的理论基础和关键问题,同时也是板形控制的难点。目前,只有国外的大公司如西门子、ABB等研发出了应用于实际板形控制的板形闭环控制系统。国内板形检测和板形控制系统基本处于研发阶段。本文在燕山大学王益群教授课题组研发的七段式气动板形检测辊的基础上,对气动板形检测辊重新进行了动态特性标定,采用光纤传感技术对检测辊鉴相定位的方法较好的消除了检测辊圆周误差,进一步完善了气动板形检测装置。运用虚拟仪器LabVIEW技术开发了气动板形检测系统,实现了对板形信号的在线实时检测;针对现代板带轧制的特点,在模糊分类原理模式识别基础上,结合粒子群理论和单纯形优化算法对模式识别的结果作了进一步优化,使其更好的反映了实际板形状况。通过计算机网络通讯技术,将板形模式识别结果传输到300四辊可逆轧机的板厚控制系统中,通过控制四辊可逆轧机弯辊和倾辊装置完成板形的闭环控制。由于弯辊系统是板形闭环控制的关键环节之一,它的动态特性和稳态性能对于整个板形控制系统的性能起着至关重要的作用。针对其非线性、时变性及不确定性的特点,为充分发挥液压弯辊力对板形的调整作用,改善轧机系统的动态特性,设计了模糊自适应PID控制器应用于液压弯辊控制中。随着计算机技术的迅猛发展,虚拟仿真技术越来越成为系统设计、模拟的重要组成部分。虚拟轧制技术的出现对了解系统性能、改进控制技术以及研究工艺过程具有重要的理论意义和实际应用价值。可以为现代化轧机的设计和现有轧机的改造提供技术支撑和仿真试验环境;可以探索现有轧机工艺特性,改善工艺参数,以提高产品的质量与产量。本课题在考虑伺服阀的非线性,综合考虑了液压系统中油缸位移、轧制力、弯辊力等因素对板形的影响,建立了液压压下、弯辊系统模型;根据完整的板形理论分别建立了轧件金属三维变形数学模型、辊系弹性变形数学模型、轧制力数学模型。为提高虚拟轧制板形控制的仿真速度,对金属三维变形模型进行了一些简化;辊系变形采用轧制工程上应用较广的影响函数法;在以上模型基础上,建立了较完备的虚拟板形控制系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 板形自动控制及检测
• 1.2.1 板形检测技术的发展
• 1.2.2 板形检测装置分类
• 1.2.3 气动板形检测系统
• 1.3 板形理论研究的进展
• 1.3.1 轧件塑性变形理论
• 1.3.2 辊系变形理论
• 1.3.3 轧后带材板形判别理论
• 1.3.4 板形模式识别
• 1.4 板形控制技术的发展
• 1.5 板形智能控制
• 1.6 轧机板形建模仿真
• 1.7 本文的主要工作
• 第2章 板形模式识别及其优化
• 2.1 板形的定义
• 2.2 板形的相对长度差表示方法
• 2.3 板形标准曲线
• 2.3.1 板形标准曲线
• 2.3.2 板形标准曲线的设定方法
• 2.3.3 板形标准曲线的意义
• 2.4 传统的板形模式识别方法及其存在的问题
• 2.5 板形模糊模式识别
• 2.5.1 板形实测数据的归一化处理
• 2.5.2 标准板形归一化处理
• 2.5.3 基于欧式距离的模糊分类方法
• 2.6 基于粒子群理论的板形模式识别优化
• 2.6.1 粒子群理论
• 2.6.2 板形模式识别粒子群优化
• 2.7 实验算例
• 2.8 单纯形粒子群板形模式识别优化
• 2.9 本章小结
• 第3章 液压弯辊系统的模糊智能控制
• 3.1 液压弯辊系统概述
• 3.2 模糊控制技术概述
• 3.2.1 模糊控制技术的发展
• 3.2.2 模糊控制器设计的基本方法
• 3.2.3 各种模糊智能集成控制方法
• 3.3 模糊自适应PID 液压弯辊力控制
• 3.3.1 位置式PID 控制器及积分饱和抑制方法
• 3.3.2 模糊自适应PID 控制器设计
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 气动板形检测辊动态标定及其系统圆周误差鉴相补偿
• 4.1 气动板形仪系统组成
• 4.1.1 七段式气动板形仪结构及系统圆周误差的产生
• 4.1.2 动态标定实验台及其光纤传感器鉴相定位方法
• 4.1.3 板形信号关键检测元件
• 4.2 检测辊动态标定实验
• 4.2.1 动态标定实验台测试系统组成
• 4.2.2 系统圆周误差的消除及检测辊动态标定实验
• 4.3 检测辊特性曲线
• 4.4 本章小结
• 第5章 300 可逆冷带实验轧机板形测控系统实验研究
• 5.1 300 可逆冷带实验轧机板形板厚系统组成
• 5.2 板形控制策略
• 5.2.1 板形标准曲线
• 5.2.2 反馈控制策略
• 5.2.3 反馈控制计算模型
• 5.2.4 板形控制实验的基本原理
• 5.3 基于虚拟仪器LabVIEW 环境的实时控制程序设计与实验
• 5.3.1 虚拟仪器LabVIEW 技术简介
• 5.3.2 板形板厚系统虚拟仪器LabVIEW 软件编程实现
• 5.3.3 板形控制实验结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 板形理论建模仿真
• 6.1 液压压下系统建模
• 6.1.1 电液伺服阀
• 6.1.2 液压缸基本方程
• 6.1.3 辊系基本方程
• 6.2 液压弯辊系统建模
• 6.2.1 电液弯辊压力控制调节器
• 6.2.2 伺服放大器
• 6.2.3 电液伺服阀
• 6.2.4 控制管路
• 6.2.5 液压缸
• 6.2.6 弯辊负载
• 6.2.7 压力传感器
• 6.3 轧件三维变形
• 6.4 四辊轧机辊系弹性变形建模
• 6.4.1 支撑辊的挠度
• 6.4.2 工作辊的挠度
• 6.4.3 压扁
• 6.4.4 位移协调和平衡方程及辊间压力的求解
• 6.4.5 板厚横向分布
• 6.5 轧制压力模型
• 6.6 虚拟板形仿真
• 6.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介