环件轧制进给控制模型与仿真研究

摘要

环件轧制通过连续局部塑性变形的积累使环件整体壁厚减小、直径扩大、截面轮廓成形，是一种节能节材、生产成本低、轧制品种多及生产效率高的先进制造技术。 环件轧制过程中，进给速度是影响产品质量的重要因素之一，而实现稳定轧制也必须以合理的进给速度为前提，因而对环件轧制进给速度的控制显得尤为重要。目前对进给速度控制的研究报道较少。本文设计了一个PI控制器来控制轧环机的进给速度，使轧环机的实际进给速度能跟踪给定的进给速度。 本文根据轧环机的工作原理，提出了轧环机进给控制系统的物理模型，并对物理模型中各部件之间的物理关系进行分析，由此得到了描述环件轧制过程的动态方程。通过对动态方程中的参数进行选择，得到了轧环机进给控制系统的数学模型。同时，采用PI控制策略，设计了一个控制器，该控制器可以控制压力辊在轧制过程中按给定的进给速度曲线运动。在此基础上，在MATLAB/SIMULINK中建立了该控制系统的仿真模型，通过模拟压力辊的动态响应，在理想进给速度与阶梯降速进给速度两种给定进给速度下，考察了控制系统的跟踪性能，同时详细分析了控制器比例增益P、积分增益I对系统跟踪性能的影响规律，确定了控制系统跟踪误差达到最小时的比例、积分控制器增益值。模拟结果表明，该控制系统能产生较快的响应。 建立了D56G90轧环机进给控制系统的数学模型和仿真模型，通过模拟压力辊的动态响应，考察了阶梯降速进给速度下此控制系统的跟踪性能。并设计了实验来检验仿真结果。实验结果与仿真结果基本一致，表明此控制系统跟踪性能良好。 为了更方便的观察控制系统各物理参数与控制参数对系统跟踪性能的影响，使用MATLAB图形用户界面(GUI)设计了一个控制系统的参数化平台。此平台包括一个图形界面，一个SIMULINK仿真模型和一个M文件。通过在界面上修改参数值，可以实时的观察控制系统的动态跟踪性能，且不需要修改控制系统的仿真模型和M文件，使用方便。 用MATIAB语言编写了对控制系统控制参数PI的优化程序。通过此优化程序得到了控制系统在不同控制参数下的误差图，为在轧制生产中减小芯辊实际进给速度与给定进给速度之间的误差提供了一定的理论依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1环件轧制概况

1.1.1环件轧制原理

1.1.2环件轧制的特点

1.2轧制进给运动与控制的研究现状

1.2.1进给运动的影响因素

1.2.2极限进给速度的确定

1.2.3进给速度对环件轧制工艺的影响

1.2.4进给速度的设计规范

1.2.5进给速度控制策略的研究现状

1.3课题研究的来源，目的和意义

1.4本文主要内容

1.5本章小结

第2章环件轧制进给控制系统建模

2.1控制系统物理模型

2.2控制系统数学模型

2.2.1电液伺服阀的动力学方程

2.2.2液压缸流量连续方程

2.2.3活塞-压力辊机构动力学方程

2.2.4环件轧制变形抗力

2.2.5轧制进给系统状态方程

2.3本章小结

第3章控制系统的运动仿真

3.1 MATLAB／SIMULINK简介

3.2理想进给速度下控制系统的进给运动仿真

3.2.1压力辊理想进给速度的制定

3.2.2控制器的设计

3.2.3控制系统的仿真模型

3.2.4仿真结果及讨论

3.2.5 小结

3.3降速进给速度下控制系统的进给运动仿真

3.3.1压力辊降速进给速度的制定

3.3.2控制器的设计

3.3.3控制系统的仿真模型

3.3.4仿真结果及讨论

3.3.5 小结

3.5本章小结

第4章控制系统参数化平台设计

4.1参数化平台界面的设计

4.2参数化平台界面的程序文本

4.3参数化平台的运行及后台支持

4.4本章小节

第5章控制系统的优化

5.1引言

5.1.1最优化问题的数学描述

5.1.2最优化问题的分类

5.1.3最优化问题的求解方法

5.2最优控制问题

5.2.1最优控制问题的性能指标

5.2.2最优控制问题的提法

5.2.3最优控制问题的分类

5.3轧环机进给控制系统的优化设计

5.4本章小节

第6章D56G90轧环机进给速度控制实验研究

6.1 D56G90轧环机进给控制系统模型

6.2进给控制系统仿真

6.3实验准备

6.4实验过程及结果

6.5本章小结

第7章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

致 谢

附录

攻读硕士期间发表的论文