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连铸扇形段四缸同步液压系统的研究

作　者: 李向阳
导　师: 周恩涛
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 扇形段位置控制模糊PID控制仿真
分类号: TF341.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着我国工业化和现代化建设的不断深入,我国已经成为了世界上最大的钢铁生产和消费大国,企业对钢材的需求量增加的同时对钢材质量也提出了更高的要求。本课题是以某钢铁公司的科技攻关项目“连铸扇形段辊缝调节”中的四缸同步液压控制系统为研究对象,采用伺服阀提高系统的位置控制精度和系统的响应能力。论文开始对连铸技术国内外发展状况进行了概述,然后通过对连铸扇形段结构的分析以及多缸同步实现方法的了解,确定本课题采用阀控非对称缸伺服系统。在一定的假设条件下建立了阀控非对称缸的数学模型,并对相关的参数进行了详细的推导和求解。在建好数学模型的基础上,利用MATLAB/Simulink仿真软件对未加控制器的四缸运动进行了仿真,通过仔细分析,明确了采用控制策略的必要性。随后对PID控制和模糊控制进行了阐述,并对在PID控制策略作用下的四缸运动进行了仿真,通过对仿真结果的分析,找出了常规PID控制器在本课题中的局限性,最后采用了模糊控制和PID控制相结合的控制策略对四缸同步系统进行控制。仿真结果表明,在模糊PID控制作用下连铸扇形段四缸运动在误差允许范围内实现了同步,同步误差小于1%。同时,当系统受到较大的外力冲击时,四缸也能够迅速的同步提升,保护了液压系统免受损坏,达到了设计要求。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题背景及来源  10
  1.2 连铸技术概述及国内外发展  10-12
    1.2.1 连铸技术概述  10-11
    1.2.2 连铸技术国内外发展状况  11-12
  1.3 同步驱动技术的应用及实现方法  12-13
    1.3.1 同步驱动技术的应用  12
    1.3.2 同步运动实现方法  12-13
  1.4 本论文主要工作  13-16
第2章四缸同步液压系统的设计与计算  16-24
  2.1 系统技术性能要求与设计  16-17
    2.1.1 系统技术性能要求  16
    2.1.2 四缸同步液压系统设计  16-17
  2.2 液压元件的选择及参数计算  17-24
    2.2.1 供油压力选择  17-18
    2.2.2 伺服缸参数的确定  18-19
    2.2.3 伺服阀参数的确定  19-21
    2.2.4 泵的选择  21-22
    2.2.5 管件的选择  22-23
    2.2.6 过滤器的选择  23-24
第3章连铸扇形段液压系统建模与分析  24-40
  3.1 液压系统常见的建模方法  24-27
    3.1.1 微分方程建模  24-25
    3.1.2 传递函数与方框图建模  25
    3.1.3 状态空间法建模  25-26
    3.1.4 功率键合图法建模  26-27
  3.2 液压伺服系统模型的建立  27-37
    3.2.1 物理模型的建立  27-28
    3.2.2 数学模型的建立  28-37
      3.2.2.1 液压缸压下情况  28-34
      3.2.2.2 液压缸提升情况  34-37
  3.3 其它环节模型的建立  37-38
    3.3.1 伺服放大器的传递函数  37
    3.3.2 位移传感器的传递函数  37
    3.3.3 伺服阀的传递函数  37-38
  3.4 系统总体模型的建立  38-40
第4章四缸同步仿真参数确定及仿真研究  40-54
  4.1 液压仿真概述  40-41
    4.1.1 系统仿真的概念  40
    4.1.2 仿真技术简介  40-41
  4.2 四缸同步系统仿真参数确定  41-50
    4.2.1 液压油参数  41
    4.2.2 位移传感器增益  41
    4.2.3 伺服阀传递函数参数确定  41-42
    4.2.4 液压缸仿真模型参数的确定  42-46
    4.2.5 伺服放大器增益确定  46-48
    4.2.6 系统稳定性分析  48-50
  4.3 四缸运动仿真  50-54
    4.3.1 MATLAB简介  50
    4.3.2 仿真工具包Simulink的简介  50-51
    4.3.3 在Simulink中建立四缸运动仿真模型  51-54
第5章四缸同步液压系统控制策略及仿真  54-72
  5.1 四缸同步液压系统的PID控制  54-57
    5.1.1 PID控制原理  54
    5.1.2 PID控制器的应用及参数整定  54-55
    5.1.3 PID控制器的仿真与分析  55-57
  5.2 模糊控制系统及模糊控制器  57-61
    5.2.1 模糊控制及其原理  57-58
    5.2.2 模糊控制器的组成  58-60
    5.2.3 模糊控制器的设计  60-61
  5.3 四缸同步液压系统的模糊PID控制  61-72
    5.3.1 模糊PID控制器原理  62-63
    5.3.2 模糊PID控制器设计  63-67
      5.3.2.1 输入输出变量的确定  63-64
      5.3.2.2 模糊控制规则的设计  64-66
      5.3.2.3 采样时间的确定  66-67
    5.3.3 四缸同步模糊PID控制仿真与分析  67-72
第6章结论  72-74
参考文献  74-78
致谢  78

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