轧机两侧液压伺服位置系统自抗扰同步控制

2019-05-23罗应义

中国金属通报 2019年1期

罗应义，刘晶

（广东韶关钢铁集团有限公司，广东韶关 512123）

在板材轧制过程中，由于轧机传动侧与操作侧液压伺服位置系统经常存在不一致现象，引起两侧位置不同步，易造成产品质量问题，所以提出了自抗扰同步控制。自抗扰同步控制可以减少轧机传动侧与操作侧的误差值，保证液压伺服位置系统保持稳定运行，从而提高单侧子系统的抗干扰能力。

1 液压伺服位置系统与自抗扰同步控制技术

液压伺服位置系统是板材轧制控制系统中重要的组成部分，直接影响着产品的性能与质量，其响应速度与跟踪精度会受到如气温、湿度以及机械设备的运行时间等多方面因素的影响。

在生产实践中，由于技术水平有限，再加上机械长时间处于高负荷情况下，导致轧机两侧液压伺服位置系统无法同步运行，轧制过程中出现跑偏等一系列问题，严重影响到正常生产。随着社会经济的快速发展，对钢铁板材质量要求越来越严格，要求不断提高技术与创新能力来提高控制的精度。现阶段，国内外相关学者加大了对轧机液压伺服位置同步控制的研究力度，并且针对现实中的一系列问题采取相应措施，设计出各种同步控制解决方案。

我国目前对液压伺服位置系统同步控制理论与实践研究还处于初级阶段，相应技术手段与数据分析还不够成熟，而且对于轧机两侧液压伺服位置同步控制的研究多是从被控制对象角度出发的，也就是说通过建立被控制对象简化后的模型，在系统参数还不够准确、全面的基础之上来研究液压伺服位置系统运行的精度与模型精度之间的关系，从这过程中我们不难看出其缺乏一定的合理性与科学性，并且忽视了一些非线性成分。此外采用了流程较为复杂的算法来进行计算，这样的方法很难满足当时经济市场发展需求，无法应用到工业生产当中[1]。

由韩京教授提出的自抗扰技术，其理论思想是建立在科学、前面数据信息基础之上，通过扩张状态观测器来对整个系统运行中受到的干扰因素进行全过程估计与分析，最后将系统线性化为简单、容易操控的纯积分串联型对象。自抗扰技术与传统技术有较大差距，不依赖系统的数学模型，只需要少量的系统数据信息，并且在一定程度突破了时间与空间的限制，具有速度快、超调小以及操作简单等优势，当前逐渐被人们认可并接受，已经被广泛应用到各个领域中。

2 相关问题分析

针对轧机两侧液压伺服位置不同步问题，研究和设计需要综合分析与探究系统内部参数摄动、外负载力波动以及数据信息等各类因素。液压伺服位置系统内部结构比较复杂，主要由伺服阀、位移传感器、伺服放大器以及位置控制器等组成。

采用四通阀控非对称液压缸，将液压缸运行状态看成一个平衡方程，将负载等效到柱塞上，保证液压缸在后期运作过程中减少器具之间的摩擦。而伺服阀与液压缸相比较，其速度比较快、响应也比较明显，所以，对于伺服阀与伺服放大器相衔接，然后在输入与输出环节传递相关参数信息，作为对比分析与处理[2]。

3 仿真与实验研究

图1 3450mm板材可逆轧机液压伺服位置系统

通过上文设计方案，为了验证液压伺服位置系统同步控制方法的科学性与有效性，必须经过仿真实验，以保证设计方案与实践情况相符合。

我们以3450毫米板材可逆轧机液压伺服位置系统为参考（图1），找出其主体物理参数标称值，然后将液压伺服位置同步控制系统与自抗扰同步控制系统进行仿真效果分析与对比，在自抗扰同步控制系统仿真组态设置为固定步长0.0001秒，并采用欧拉方程求解细分方程。对于无同步控制系统中两侧位置同步的误差值最大可以设定为0.28毫米，也就是说如果超出这个数值范围，意味着自抗扰同步控制系统失去稳定性，从而无法实现完全同步。自抗扰同步控制系统中两侧压下位置同步误差最大值如果是0.035毫米，并在0.2秒之内达到完全同步，说明子系统的动态响应性能得到改善，也就是说系统的性能逐渐提高。

图2 轧机两侧液压伺服位置控制系统结构图

首先，对于被控制对象参数发生摄动时的控制效果分析，在轧机正常运行过程中，会受到不同因素的影响，比如来料质量好坏、轴承油膜厚度变化以及是否存在机械故障等都会影响液压伺服位置系统参数发生变化。当系统参数发生较大变化时，自抗扰同步控制大大减小了同步的误差值，同时系统的动态响应性能提高，并且改善了传动侧与操作侧子系统的适应能力，从而实现两侧压下位置的快速同步[3]。

其次，对于被控制对象发生波动时的控制效果分析。在轧制过程中，轧机由于轧轴偏离中心，轧制力会不停地出现波动反映，从而导致外负载力发生波动。自抗扰控制器参数保持不变，轧机传动侧与操作侧逐渐增加外负载力，这时会发现自抗扰同步控制不仅减小了液压伺服位置系统两侧的跟踪误差值，而且使得两侧压力位置快速同步，最终提高了两侧液压伺服位置系统的抗干扰能力。