连铸机结晶器振动缸的设计及其动态分析

论文摘要

结晶器是连铸机的核心设备,结晶器的振动可以防止结晶器壁发生粘结。本文设计了一套将伺服阀内置于步进缸的振动油缸系统,并在各种状态下对其进行了动态特性分析。本文根据工作需要设计了一套振动油缸系统,并分析了电液步进缸的组成及其工作原理,并阐述了该设计分案的优点。以能耗最小为优化指标对振动油缸进行了优化,计算了步进缸的部分优化参数,对内置伺服阀的结构及参数进行了匹配设计计算,对其他元件进行了计算选型。运用解析法单独对伺服阀——油缸系统建模,并根据数学模型建立仿真框图,对其进行仿真分析,确定伺服阀——油缸系统的稳定性。运用传递函数法对整个振动油缸系统建模,建立了系统的传递函数,建立系统传递函数方框图。根据振动油缸的数学模型,搭建基于MATLAB/Simulink软件的非线性数值仿真模型。根据建立的仿真模型对系统进行仿真分析,分析了系统的开环响应、闭环响应以及加上特殊的外负载之后的响应。根据仿真结果可知系统是可以达到稳定的,但响应的快速性和稳定性不是很好。根据对系统的动态分析,引入了PID控制器,介绍了PID控制器的原理及作用,并运用PID控制器对振动油缸系统进行了控制调节,使得系统达到快速响应稳定的结果。通过分析可知该油缸振动系统满足设计需求,能够达到预期的结晶器振动要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 连铸技术发展状况
• 1.1.2 连铸工艺
• 1.1.3 结晶器振动技术的发展历史
• 1.1.4 结晶器振动规律的演变
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 课题研究的目的及意义
• 1.4 液压伺服系统
• 1.4.1 液压伺服系统的发展历史
• 1.4.2 液压伺服系统的工作原理
• 1.4.3 液压伺服系统的优点
• 1.5 本课题主要研究内容
• 第2章 振动步进缸的整体结构设计
• 2.1 电液步进缸的组成及原理
• 2.1.1 电液步进缸的组成
• 2.1.2 电液步进缸的工作原理
• 2.2 伺服阀的设计
• 2.2.1 滑阀的控制边数
• 2.2.2 节流窗口的形状
• 2.2.3 滑阀的预开口形式
• 2.2.4 阀芯结构
• 2.2.5 控制方式
• 2.3 本章小结
• 第3章 步进缸系统的结构优化及参数计算
• 3.1 以耗能最小为指标的优化设计
• 3.1.1 负载压力和负载流量的定义
• 3.1.2 阀控液压缸动力机构的最佳匹配参数的解析方法
• 3.1.3 负载轨迹及其方程
• m的计算'>3.1.4 结晶器振动电液步进缸的A和q_m的计算
• 3.2 内置伺服阀参数计算
• 3.3 电液步进振动液压缸部分元件的选型
• 3.3.1 步进电机
• 3.3.2 滚珠丝杠
• 3.3.3 位移反馈传感器
• 3.4 本章小结
• 第4章 振动油缸液压系统解析法仿真
• 4.1 解析法建模
• 4.1.1 滑阀流量方程
• 4.1.2 液压缸流量连续性方程
• 4.1.3 液压缸的力平衡方程
• 4.1.4 阀芯反馈数学模型
• 4.2 系统方框图的建立与仿真
• 4.2.1 阀口流量方程模型方框图
• 4.2.2 液压缸流量连续性方程模型
• 4.2.3 液压缸力平衡方程方框图
• 4.2.4 阀芯及反馈机构模型
• 4.2.5 液压缸的仿真
• 4.3 本章小结
• 第5章 振动油缸液压系统传递函数法建模
• 5.1 液压伺服系统的数学模型的建立
• 5.1.1 滑阀的线性流量方程
• 5.1.2 液压缸流量连续性方程
• 5.1.3 非对称液压缸力平衡方程
• 5.1.4 传递函数简化
• 5.1.5 确定其各个参数
• 5.2 系统其它环节的传递函数
• 5.2.1 步进电机的传递函数
• 5.2.2 齿轮及滚珠丝杠机械转化机构的传递函数
• 5.2.3 反馈机构传递函数
• 5.2.4 阀芯自反馈传递函数
• 5.2.5 驱动放大器的增益
• 5.3 本章小结
• 第6章 电液步进缸系统的特性仿真分析
• 6.1 Matlab/Simulink与系统仿真
• 6.2 电液步进缸系统的仿真分析
• 6.2.1 稳定的概念
• 6.2.2 稳定性条件及判据
• 6.2.3 判定该电液步进缸系统的稳定性
• 6.2.4 系统闭环响应
• 6.2.5 对系统输入正弦信号的响应
• 6.3 考虑外负载力时的仿真分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 电液步进缸系统的控制策略分析
• 7.1 PID控制简介
• 7.1.1 PID控制原理
• 7.1.2 PID参数对系统性能的作用
• 7.2 PID调节步进液压缸系统
• 7.3 本章小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 致谢