本文選題：直拉式冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī) + 張力控制�。� 參考：《東北大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：近年來,我國鋼鐵行業(yè)取得了舉世矚目的成就,特別是在冶金工藝模擬研究設(shè)備的自主研發(fā)方面取得了巨大進(jìn)展。在成就的背后,也存在著很多問題,如高端實(shí)驗(yàn)裝備長期依賴進(jìn)口,缺少自主知識產(chǎn)權(quán),核心技術(shù)受制于國外。直拉式冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī)作為冷軋工藝和產(chǎn)品研究開發(fā)的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)裝備,采用左、右兩個(gè)液壓缸對軋件施加張力實(shí)現(xiàn)冷軋過程恒張力控制�？紤]到在冷軋張力控制過程中多余力位置擾動(dòng)、強(qiáng)耦合、時(shí)變性特點(diǎn),造成控制難度極大。進(jìn)口設(shè)備多采用復(fù)雜液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),且控制算法黑箱處理。國內(nèi)在張力控制上多采用常規(guī)控制策略,控制效果并不理想。針對上述問題,本文對直拉式冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī)液壓張力控制進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究,設(shè)計(jì)了新型的液壓張力控制平臺,基于該控制平臺建立完整的控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型,針對現(xiàn)有系統(tǒng)在應(yīng)用過程中存在的問題提出相應(yīng)的解決辦法并成功應(yīng)用于現(xiàn)場,取得良好的效果。本文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：(1)本文首先從軋件的彈性變形理論出發(fā),結(jié)合塑性變形及軋制理論對直拉式冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī)工作過程中的前、后張力進(jìn)行系統(tǒng)分析,得出影響張力控制精度的關(guān)鍵因素在于軋制過程中控制對象的時(shí)變性、多余力擾動(dòng)以及前后張力間的強(qiáng)耦合作用,常規(guī)液壓伺服系統(tǒng)難以有效克服上述不利因素。(2)設(shè)計(jì)一套以張力調(diào)節(jié)與速度跟蹤為主的液壓伺服系統(tǒng)和以壓力限幅及多余力削減為主的液壓比例系統(tǒng)相結(jié)合的新型液壓硬件控制平臺,該平臺利用伺服閥的高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性實(shí)現(xiàn)張力閉環(huán)控制及軋制速度跟蹤；依靠比例溢流閥良好的壓力流量特性消除多余力擾動(dòng)及前、后張力間的強(qiáng)耦合作用。(3)基于伺服閥的流量特性及頻響特性,建立伺服閥的傳遞函數(shù)模型并獲取模型的關(guān)鍵參數(shù),根據(jù)壓縮法原理設(shè)計(jì)一套液壓油及軟管體積彈性模量的測量實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)測液壓油和軟管的體積彈性模量,并建立常溫下液壓油的壓力冪指數(shù)模型。在前、后張力液壓缸的流量連續(xù)性方程及力平衡條件基礎(chǔ)上,結(jié)合軋制過程工藝要求,充分考慮軋件變剛度、前后張力強(qiáng)耦合、外在干擾、液壓管道效應(yīng)、液壓缸摩擦及伺服閥非線性等影響因素基礎(chǔ)上,搭建被控對象的過程變化模型,為控制策略的仿真研究及實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。(4)依托本文建立的被控對象數(shù)學(xué)模型,對不同控制策略進(jìn)行系統(tǒng)的仿真研究,結(jié)果表明：傳統(tǒng)的PID控制模式,雖然能獲得良好的靜態(tài)控制效果,但動(dòng)態(tài)性能較差,且容易引起張力的震蕩；設(shè)計(jì)速度前饋加張力反饋的組合式控制策略,可以獲得良好靜態(tài)加載及動(dòng)態(tài)加載特性,但由于該控制策略無法完成自適應(yīng)調(diào)整,隨著軋件減薄、張力減小以及軋制速度升高等軋制工況的變化,控制效果變差；在此基礎(chǔ)上,提出速度前饋加張力反饋模糊PID組合式控制策略,引入的模糊PID控制器能夠?qū)崿F(xiàn)變工況條件下控制參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整,系統(tǒng)響應(yīng)速度快、精度高、魯棒性強(qiáng)。(5)將研究結(jié)果應(yīng)用于最大100kN張力加載能力的直拉式冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī),對幾種典型的金屬材料進(jìn)行張力冷軋實(shí)驗(yàn),最大軋制速度達(dá)到0.4m/s,單道次最大壓下量達(dá)到37%,動(dòng)態(tài)張力控制精度均保證在±1.1kN以內(nèi)。采用高精度液壓張力控制技術(shù)的直拉式冷軋實(shí)驗(yàn)機(jī),可為各種金屬材料的張力冷軋工藝開發(fā)與研究提供可靠的技術(shù)支撐。
[Abstract]:In recent years, China's iron and steel industry has made remarkable achievements, especially in the independent research and development of metallurgical technology simulation research equipment. Behind the achievements, there are also many problems, such as the long-term dependence of high end experimental equipment on import, the lack of independent intellectual property rights, and the core technology being controlled abroad. As the key experimental equipment for research and development of cold rolling process and product, the tension control of cold rolling process is applied by two hydraulic cylinders left and right to realize the constant tension control in cold rolling process. Considering that the multi force position disturbance, strong coupling and time-varying characteristics in the process of cold rolling tension control, the control difficulty is great. The complex hydraulic system is used in the imported equipment. The traditional control strategy is used in the tension control, and the control effect is not ideal. In this paper, the hydraulic tension control of the direct drawing cold rolling mill is analyzed and studied. A new hydraulic tension control platform is designed, and a complete control platform is set up based on the control platform. The mathematical model of the system is made to solve the existing problems in the application process and be applied to the field successfully. The main contents and innovation points of this paper are as follows: (1) first of all, the paper starts with the elastic deformation theory of the workpiece, and combines the plastic deformation and rolling theory to direct drawing cold rolling. The front and rear tension is analyzed systematically in the working process of the experiment machine. It is concluded that the key factors that affect the precision of tension control lie in the time variation of the control object, the disturbance of multi force and the strong coupling between the front and back tension during the rolling process, and the conventional hydraulic servo system can not effectively overcome the disadvantages mentioned above. (2) a set of tension adjustment is designed. A hydraulic servo system based on speed tracking and a hydraulic hardware control platform combined with pressure limiting and multi force reduction hydraulic proportional system. The platform uses the high dynamic response characteristic of the servo valve to realize tension closed loop control and rolling speed tracking, and the high pressure flow characteristic of the proportional relief valve is eliminated. The strong coupling between the residual force and the front and post tension. (3) based on the flow characteristics and frequency response characteristics of the servo valve, the transfer function model of the servo valve is established and the key parameters of the model are obtained. A set of measuring experimental device for the volume elastic modulus of hydraulic oil and hose is designed according to the principle of compression method, and the volume elastic modulus of hydraulic oil and hose is measured. The pressure power exponent model of hydraulic oil at normal temperature is set up. On the basis of the flow continuity equation and force balance condition of the front and back tension hydraulic cylinders, combined with the process requirements of the rolling process, the influence factors of Zhang Liqiang coupling, external interference, hydraulic pipe effect, hydraulic cylinder friction and servo valve nonlinearity are fully considered. On the basis of this, the process change model of the controlled object is set up to lay the foundation for the simulation research and practical application of the control strategy. (4) relying on the mathematical model of the controlled object established in this paper, the simulation of different control strategies is carried out systematically. The results show that the traditional PID control mode can obtain good static control effect, but it is dynamic. The performance is poor and easy to cause tension shock. The combined control strategy of design speed feedforward and tension feedback can obtain good static loading and dynamic loading characteristics. However, because the control strategy can not complete adaptive adjustment, the control effect is controlled with the change of roll thinning, tension and rolling speed higher rolling conditions. On this basis, the fuzzy PID combined control strategy of speed feedforward and tension feedback is proposed, and the fuzzy PID controller introduced in this paper can adjust the control parameters adaptively under the condition of variable conditions. The system response speed is fast, the precision is high, and the robustness is strong. (5) the research results should be used in the direct drawing cold rolling of the maximum 100kN tension loading capacity. In the experiment machine, several typical metal materials are tested by tension cold rolling, the maximum rolling speed reaches 0.4m/s, the single pass maximum pressure is 37%, the dynamic tension control precision is guaranteed to be within + 1.1kN. The cold rolling experiment machine with high precision hydraulic tension control technology can be developed for the tension cold rolling process of all kinds of metal materials. And research provides reliable technical support.
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG333

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本文編號：1956832