轧机弯辊控制系统建模与仿真软件开发

论文摘要

我国钢铁企业对于板形控制的研究起步较晚,而且多数都是成套设备的引进,对于设备设计的深入研究还相对较少。对弯辊液压系统的设计,一般采用与国外同类弯辊液压系统相类比的方法进行设计,类比设计方法由于缺乏设计的理论依据,有很多缺陷,实际应用中存在许多问题。鉴此,本课题研究的其目的就是要用仿真的方法解决弯辊液压系统的设计问题,从而达到弄清其设计思想和机理,为设备的国产化提供足够的理论依据和技术支持。本课题以东北大学300mm四辊冷轧机液压弯辊系统为研究对象,首先通过查阅文献资料了解弯辊法控制板型的控制原理和控制方法,通过对实际设备的研究学习,对弯辊液压系统的硬件结构有充分的认识和理解。然后分析系统液压原理图,在全面了解液压弯辊控制系统、液压伺服系统的建模方法和仿真理论的基础上,对液压弯辊控制系统建模方法和模型实现方法作了研究,通过合理简化系统模型,建立了更加适用于工程实际的数学模型,该模型不仅能准确地体现系统的动态特性,而且也为获得系统和元件的准确参数提供了理论依据,同时在建模过程中还考虑了很多常被简化和忽略的非线性因素的影响。在模型的实现方面,本文充分利用了现代仿真技术和计算软件,利用软件Matlab中的Simulink动态结构图实现了系统仿真,动态结构图与数学模型是一一对应的,这种模型实现方法只需要建立模型的方框图就可以在Simulink中实现并且运行仿真。对与系统中仿真参数的确定,本文对液压油等效体积弹性模量和软管的等效体积弹性模量做了实验测量,其它的参数有些根据实际设备的原始结构查阅图纸获得,如油缸有效面积,活塞杆行程等参数,有些通过计算得到,如等效刚度,部分参数通过查阅相关文献得到。通过在Simulink中运行仿真,得到了主要控制量的仿真曲线,分析系统的动态特性。然后用Matlab的GUI功能编制了可视化仿真软件,为相关工程技术人员提供了很好的分析与设计工具。为了验证理论模型的准确性,本文做了系统辨识实验,实验之前对实际系统的伺服阀和油压传感器做了改造。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 弯辊装置的发展
• 1.3 液压弯辊装置简介
• 1.3.1 弯辊装置的组成
• 1.3.2 弯辊方式及其特点
• 1.4 本课题的研究意义和研究内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 研究内容
• 第2章 弯辊系统分析与改造
• 2.1 弯辊系统分析
• 2.2 设备改造
• 2.2.1 伺服阀
• 2.2.2 传感器
• 2.3 本章小结
• 第3章 弯辊系统建模
• 3.1 系统简化
• 3.2 常用建模方法介绍
• 3.3 弯辊系统的数学建模
• 3.3.1 阀控非对称缸
• 3.3.2 软管模型
• 3.3.3 伺服阀模型
• 3.3.4 传感器
• 3.3.5 系统模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 弯辊系统仿真分析与辨识
• 4.1 液压仿真技术
• 4.2 仿真软件的选用
• 4.3 系统模型在仿真软件上的实现
• 4.4 仿真参数确定
• 4.4.1 伺服阀
• 4.4.2 液压缸及负载
• 4.5 仿真分析
• 4.5.1 时域分析
• 4.5.2 频域分析
• 4.6 系统辨识
• 4.6.1 正弦扫频实验
• 4.6.2 数据处理
• 4.6.3 辨识模型
• 4.7 理论模型与辨识模型对比
• 4.8 本章小结
• 第5章 仿真软件设计
• 5.1 软件设计思想阐述
• 5.1.1 软件开发过程简介
• 5.1.2 软件总体规划和详细设计
• 5.2 Matlab的GUI组成与结构
• 5.2.1 GUI组成
• 5.2.2 GUI层次结构
• 5.3 软件特点及功能展示
• 5.3.1 软件特点
• 5.3.2 软件功能展示
• 5.3.2.1 主界面
• 5.3.2.2 参数界面
• 5.3.2.3 时域、频域分析界面
• 5.4 本章小结
• 第6章 实验研究
• 6.1 前言
• 6.2 液压油的等效体积弹性模量实验
• 6.2.1 弹性模量检测装置的设计
• 6.2.2 数据处理
• 6.2.3 结论
• 6.3 软管的等效体积弹性模量测定
• 6.3.1 软管理论分析
• 6.3.2 实验测量
• 6.3.3 数据处理与结论
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录