軋機兩側液壓伺服位置系統自抗擾同步控制

羅應義，劉 晶

（廣東韶關鋼鐵集團有限公司，廣東 韶關 512123）

在板材軋制過程中，由于軋機傳動側與操作側液壓伺服位置系統經常存在不一致現象，引起兩側位置不同步，易造成產品質量問題，所以提出了自抗擾同步控制。自抗擾同步控制可以減少軋機傳動側與操作側的誤差值，保證液壓伺服位置系統保持穩定運行，從而提高單側子系統的抗干擾能力。

1 液壓伺服位置系統與自抗擾同步控制技術

液壓伺服位置系統是板材軋制控制系統中重要的組成部分，直接影響著產品的性能與質量，其響應速度與跟蹤精度會受到如氣溫、濕度以及機械設備的運行時間等多方面因素的影響。

在生產實踐中，由于技術水平有限，再加上機械長時間處于高負荷情況下，導致軋機兩側液壓伺服位置系統無法同步運行，軋制過程中出現跑偏等一系列問題，嚴重影響到正常生產。隨著社會經濟的快速發展，對鋼鐵板材質量要求越來越嚴格，要求不斷提高技術與創新能力來提高控制的精度。現階段，國內外相關學者加大了對軋機液壓伺服位置同步控制的研究力度，并且針對現實中的一系列問題采取相應措施，設計出各種同步控制解決方案。

我國目前對液壓伺服位置系統同步控制理論與實踐研究還處于初級階段，相應技術手段與數據分析還不夠成熟，而且對于軋機兩側液壓伺服位置同步控制的研究多是從被控制對象角度出發的，也就是說通過建立被控制對象簡化后的模型，在系統參數還不夠準確、全面的基礎之上來研究液壓伺服位置系統運行的精度與模型精度之間的關系，從這過程中我們不難看出其缺乏一定的合理性與科學性，并且忽視了一些非線性成分。此外采用了流程較為復雜的算法來進行計算，這樣的方法很難滿足當時經濟市場發展需求，無法應用到工業生產當中[1]。

由韓京教授提出的自抗擾技術，其理論思想是建立在科學、前面數據信息基礎之上，通過擴張狀態觀測器來對整個系統運行中受到的干擾因素進行全過程估計與分析，最后將系統線性化為簡單、容易操控的純積分串聯型對象。自抗擾技術與傳統技術有較大差距，不依賴系統的數學模型，只需要少量的系統數據信息，并且在一定程度突破了時間與空間的限制，具有速度快、超調小以及操作簡單等優勢，當前逐漸被人們認可并接受，已經被廣泛應用到各個領域中。

2 相關問題分析

針對軋機兩側液壓伺服位置不同步問題，研究和設計需要綜合分析與探究系統內部參數攝動、外負載力波動以及數據信息等各類因素。液壓伺服位置系統內部結構比較復雜，主要由伺服閥、位移傳感器、伺服放大器以及位置控制器等組成。

采用四通閥控非對稱液壓缸，將液壓缸運行狀態看成一個平衡方程，將負載等效到柱塞上，保證液壓缸在后期運作過程中減少器具之間的摩擦。而伺服閥與液壓缸相比較，其速度比較快、響應也比較明顯，所以，對于伺服閥與伺服放大器相銜接，然后在輸入與輸出環節傳遞相關參數信息，作為對比分析與處理[2]。

3 仿真與實驗研究

圖1 3450mm板材可逆軋機液壓伺服位置系統

通過上文設計方案，為了驗證液壓伺服位置系統同步控制方法的科學性與有效性，必須經過仿真實驗，以保證設計方案與實踐情況相符合。

我們以3450毫米板材可逆軋機液壓伺服位置系統為參考（圖1），找出其主體物理參數標稱值，然后將液壓伺服位置同步控制系統與自抗擾同步控制系統進行仿真效果分析與對比，在自抗擾同步控制系統仿真組態設置為固定步長0.0001秒，并采用歐拉方程求解細分方程。對于無同步控制系統中兩側位置同步的誤差值最大可以設定為0.28毫米，也就是說如果超出這個數值范圍，意味著自抗擾同步控制系統失去穩定性，從而無法實現完全同步。自抗擾同步控制系統中兩側壓下位置同步誤差最大值如果是0.035毫米，并在0.2秒之內達到完全同步，說明子系統的動態響應性能得到改善，也就是說系統的性能逐漸提高。

圖2 軋機兩側液壓伺服位置控制系統結構圖

首先，對于被控制對象參數發生攝動時的控制效果分析，在軋機正常運行過程中，會受到不同因素的影響，比如來料質量好壞、軸承油膜厚度變化以及是否存在機械故障等都會影響液壓伺服位置系統參數發生變化。當系統參數發生較大變化時，自抗擾同步控制大大減小了同步的誤差值，同時系統的動態響應性能提高，并且改善了傳動側與操作側子系統的適應能力，從而實現兩側壓下位置的快速同步[3]。

其次，對于被控制對象發生波動時的控制效果分析。在軋制過程中，軋機由于軋軸偏離中心，軋制力會不停地出現波動反映，從而導致外負載力發生波動。自抗擾控制器參數保持不變，軋機傳動側與操作側逐漸增加外負載力，這時會發現自抗擾同步控制不僅減小了液壓伺服位置系統兩側的跟蹤誤差值，而且使得兩側壓力位置快速同步，最終提高了兩側液壓伺服位置系統的抗干擾能力。

4 結語

本文對軋機傳動側與操作側液壓伺服位置系統不同步問題進行探究，并通過仿真實驗分析，提出了自抗擾同步控制策略。