萬能軋機輥縫控制系統穩定性分析

陳猛 鄒昶方 杜預 樊繼開

摘 要：液壓伺服技術由于其高動態響應的優點廣泛應用于萬能軋機輥縫控制同時，也帶來系統的穩定性問題。本文介紹了萬能軋機輥縫控制的工作原理、對軋機輥縫控制的數學模型進行推導，得出輥縫控制系統的開環傳遞函數和方框圖。最后對軋機輥縫控制系統的穩定性進行分析。

關鍵詞：軋機；輥縫；液壓伺服；數學模型；穩定性

H型萬能軋機因其結構緊湊、組件快速更換和高動態的輥縫調整技術、可以軋制高精度復雜斷面型鋼等優點，廣泛應用于現代工業。[1，2]而軋機輥縫控制一般采用液壓伺服閉環控制，這樣就會帶來系統工作穩定性問題。[3]本文介紹了萬能軋機輥縫調節的基本原理、對軋機輥縫控制的數學模型進行推導，得出輥縫控制系統的開環傳遞函數和方框圖，并對其幅值裕度和相位裕度進行計算。

1 輥縫調節工作原理

萬能軋機機架內安裝有上輥和下輥兩個水平輥及兩個立棍，分別位于操作側和傳動側。水平輥的上升下降、立棍的前進后退均由相應的調節液壓缸進行驅動。每根水平輥由兩個液壓缸進行控制，在液壓缸的柱塞端安裝壓力傳感器來計算軋制力，同時調節缸上安裝有高精度位移傳感器用于精確測量活塞桿的位置，進而實現閉環控制。

2 數學模型

2.1 軋機彈跳數模型

軋機軋制時的機架會產生一定的彈性變形，軋件會產生塑性變形，彈跳方程為：

3 數學模型穩定性分析

用系統的開環頻率特性來分析系統的穩定性是最有效的方式，通過上文的數學模型推導得到結合公司自己研發的軋機參數得到系統的開環增益K=40.7，動力機構固有頻率ωh=203rad/s，系統阻尼比ξ=0.1。則系統開環傳遞函數為：

在Matlab中仿真的開環Bode圖如下圖所示，可以得到軋機輥縫控制數學模型的幅值裕度9.52dB，相位裕度82.6°，因此系統按此參數設計穩定，且有足夠的幅值裕度和相位裕度。

4 結論

本文對輥縫控制系統的軋機彈跳和液壓伺服控制數學模型進行推導，得出了輥縫控制系統的傳遞函數和方框圖。并利用此數學模型對具體研發項目的穩定性進行了計算，并且數學模型的正確性得到了工程實踐的驗證。

參考文獻：

[1]楊浩.軋機輥縫控制系統建模及軋制數據分析[D].武漢科技大學，2010.

[2]Li Zhonghua，Zou Sufeng.Application of the Roll Gap Automatic Detection System for the H-beam Universal Mill[J].Metallurgical Equipment，2013.

[3]徐濤.軋機液壓輥縫監控系統的建模與仿真[D].遼寧工程技術大學，2006.