板带轧机液压AGC系统主要参数的分析和实验研究

论文摘要

液压AGC系统是一个集板带材料、轧机本体、轧制工艺、液压系统、电气系统以及控制系统等于一体的复杂系统。深入研究液压AGC系统,建立机电液一体化模型和提高板带材厚度精度是轧制领域的一个深远而广泛的课题,具有重要的理论意义和应用价值。本项研究在国家自然科学基金和河北省自然科学基金的资助下,主要进行以下几个方面研究:建立机电液一体化模型、通过模型分析,提出轧机液压AGC系统和轧制工艺以及控制策略的改进依据;使用参数辨识、参数优化,数据分析,信号处理等工具对轧制过程数据进行厚度偏差分析,实现这些工具相互之间的融合和调用;完成液压AGC系统仿真和轧制实验等软件开发;利用某单机架可逆实验轧机和燕山大学300四辊轧机进行针对性实验,验证理论模型,为优化控制策略以提高系统性能奠定基础。本文针对轧机机电液一体化模型进行了深入的研究,从液压系统,机械系统,轧制工艺和控制策略等方面进行了全面而系统地分析,进一步完善了现有的液压AGC系统数学模型。基于位置闭环模型和轧制力闭环模型,分析了伺服阀、液压油缸、高压管道、等液压关键元件及性能参数对液压AGC系统的动态响应和稳态精度的影响;随着轧制工艺的变化,系统控制方式也应作调整,其理论依据为何,本文做了进一步研究,即根据优化目标,制定控制参数优化方案,提高控制系统性能。这些研究成果对制定轧制工艺和控制策略而言具有重要的参考价值,也是国内外众多专家学者进行广泛而深入研究的热点问题。基于传统的轧制机理分析,结合现代的数据分析和计算工具,对影响厚差的因素进行分析;FFT工具,小波分析工具,参数辨识工具,相关性分析,非线性回归分析,信号处理工具等丰富了数据分析处理的功能,使得轧制系统在不同轧制工艺下的各厚差影响因素对板厚的影响得到量化,从而给制定轧制工艺,设计液压AGC系统,制定控制策略提供了重要参考,也为理论模型的研究提出新的思路。从理论和实践的角度来分析液压AGC系统,为轧制工艺的改进和智能化的研究提供了基础;这对于指导生产,提高轧制效率和产品质量,具有重要的理论意义和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 板厚控制技术发展综述
• 1.1.1 板厚自动控制（AGC）的发展概况
• 1.1.2 板厚调节方式的发展
• 1.1.3 板厚自动控制的国内外研究现状
• 1.1.4 冷轧带钢厚差产生的原因
• 1.1.5 液压AGC 系统研究现状
• 1.2 轧制过程数据的现代分析技术
• 1.2.1 现代数据分析技术概述
• 1.2.2 数据分析技术在液压AGC 研究中应用
• 1.2.3 人工智能技术在轧制领域的应用
• 1.3 课题来源与研究目的和意义
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究目的和意义
• 1.4 主要研究内容和技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第2章 液压AGC 系统与参数化建模
• 2.1 厚度控制的基本原理
• 2.1.1 调整压下
• 2.1.2 调整张力
• 2.1.3 调整轧制速度
• 2.2 液压AGC 系统
• 2.2.1 液压AGC 系统组成
• 2.2.2 液压AGC 控制方案
• 2.3 液压AGC 系统参数化建模
• 2.3.1 阀控缸的方程
• 2.3.2 控制管道
• 2.3.3 液压缸流量基本方程
• 2.3.4 背压回油管道
• 2.3.5 液压缸与负载的力平衡方程
• 2.3.6 反馈与控制元件
• 2.3.7 液压AGC 系统综合模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 液压AGC 系统动态特性分析
• 3.1 液压系统主要参数
• 3.1.1 液压执行机构
• 3.1.2 伺服阀
• 3.2 粘性负载特性
• 3.3 弹性负载特性
• 3.3.1 轧件塑性方程
• 3.3.2 轧机弹跳方程
• 3.3.3 等效弹性刚度
• 3.3.4 动态分析
• 3.4 油液体积弹性模量
• 3.4.1 油液的压缩性
• 3.4.2 影响油液压缩性的因素
• 3.4.3 油液的压缩性对系统动特性影响
• 3.5 库仑摩擦特性
• 3.5.1 库仑摩擦的死区特性
• 3.5.2 库仑摩擦力的负载特性
• 3.5.3 库仑摩擦与系统稳定性
• 3.5.4 库仑摩擦特性对液压AGC 系统的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 板带精度影响因素分析
• 4.1 影响轧件厚度偏差的原因
• 4.1.1 空载辊缝的变化
• 4.1.2 轧制压力的波动
• 4.1.3 轧机纵向刚度系数的变化
• 4.1.4 轴承油膜厚度的变化
• 4.1.5 各种因素对纵向厚差的影响系数
• 4.1.6 不同的AGC 控制方式
• 4.2 液压系统关键元件及参数对轧制精度的影响
• 4.2.1 系统背压的波动
• 4.2.2 供油压力的波动
• 4.2.3 伺服阀的磨损泄漏
• 4.2.4 库仑摩擦力的影响
• 4.2.5 控制管道
• 4.2.6 油缸参数
• 4.3 轧制力闭环与位置闭环的控制性能比较
• 4.3.1 来料厚度波动及其补偿
• 4.3.2 监控AGC 功能
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于轧制过程数据的厚差分析
• 5.1 板带厚差灰箱模型
• 5.1.1 灰箱建模简介
• 5.1.2 板带厚差精度的灰箱模型
• 5.2 基于小波分解的信号处理
• 5.2.1 小波分析应用现状
• 5.2.2 小波Mallat 算法分析
• 5.2.3 轧制过程数据时频处理
• 5.3 基于轧制过程数据的厚差分析
• 5.3.1 灰箱模型系数
• 5.3.2 模型白化
• 5.3.3 厚差模型的结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 液压AGC 系统实验研究
• 6.1 实验总体方案
• 6.2 实验系统介绍
• 6.2.1 轧机
• 6.2.2 液压AGC 执行回路
• 6.2.3 控制反馈回路
• 6.2.4 轧机实验参数
• 6.3 软件编程
• 6.3.1 底层程序
• 6.3.2 用户接口界面
• 6.4 现场实验和模型验证
• 6.4.1 现场轧制实验
• 6.4.2 系统模型参数辨识
• 6.4.3 辨识结果与模型验证
• 6.5 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