轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置

摘要

一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，由轧机液压驱动单元、信号采集处理单元、振动自抑制控制单元组成，其特征在于振动自抑制控制单元能够通过状态观测控制器的在线状态估计和振动故障判别，适时投切谐振比控制器，实现轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制。适用于工程机械、农业机械、航空航天等各类机电液协同操纵系统的耦合振动抑制的场合。

说明书

技术领域

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，属于振动控制 领域，该装置通过状态观测控制器实时判别振动源及振动特征，适时投切谐振比控制器， 实现轧机压下系统机电液耦合振动的在线主动自抑制，适用于工程机械、农业机械、航 空航天等各类机电液协同操纵系统的耦合振动抑制的场合。

背景技术

轧机压下系统是一个多质量体弹性连接的复杂机械动力学结构，在外部扰动下， 如果机械系统、液压系统及电气系统的频率接近或吻合，整个压下系统会处于不稳定状 态，造成机电液耦合振动，若不及时抑制，会造成巨大的经济损失。

传统上，从电气设计环节，常采用滞后滤波法和陷波滤波法，避开与机械系统固 有频率相同的频率。滞后滤波法简单易行，但在控制环节引入了滞后，影响系统的动态 响应特性。陷波滤波法在反馈环节通过设计滤波器躲避系统固有频率来消除耦合共振， 但带宽固定，只适用扰动频率单一场合。从机械设计环节，可通过对机械系统的合理设 计、改变液压谐振频率、连接刚度的调整等措施减小机电液耦合振动，但压下系统无法 彻底避开固有频率分布丰富的机电液耦合系统。机电液系统固有的非线性、不确定性及 未建模动态均会导致无法预知的耦合振动。

发明内容

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，其目的在于解 决轧机压下系统机电液耦合振动问题，从而公开一种通过状态观测器实时在线状态估计 与振动判别，适时投切谐振比控制器，消除或抑制轧机压下系统机电液耦合振动的在线 主动自抑制控制装置。适用于工程机械、农业机械、航空航天等各类机电液协同操纵系 统的耦合振动抑制的场合。

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，整套装置由轧 机液压驱动单元、信号采集处理单元、振动自抑制控制单元1组成，所述轧机液压驱动 单元由轧机20、液压缸19、伺服阀11、液压泵14、安全阀15和电动机12组成，所述 信号采集处理单元由力传感器16、振动加速度传感器17、位移传感器18和信号采集处 理器10组成，其中所述信号采集处理器10通过力传感器16、振动加速度传感器17和 位移传感器18分别实时采集处理并输出轧制力信号F、机架垂直振动信号a和液压缸 位移信号x，其特征在于所述振动自抑制控制单元1由液压缸位移控制器2、液压缸位 移给定3、液压缸位移估计器4、状态观测控制器5、力控制器6、系统控制器7、谐振 比控制器8和伺服放大器9组成，其中所述液压缸位移信号x分别与液压缸位移控制器 2和状态观测控制器5相连，机架垂直振动信号a与状态观测控制器5相连，轧制力信 号F与力控制器6相连；所述液压缸位移控制器2对液压缸位移信号x和液压缸位移给 定3输出信号进行运算，液压缸位移控制器2的输出分别送给系统控制器7和液压缸位 移估计器4；所述轧制力信号F经力控制器6运算后输出给系统控制器7，系统控制器 7对力控制器6输出信号和液压缸位移控制器2输出信号进行控制运算，系统控制器7 的输出送给谐振比控制器8；所述液压缸位移估计器4对液压缸位移控制器2输出的信 号进行液压缸位移估计运算，液压缸位移估计器4的输出送给状态观测控制器5，状态 观测控制器5对机架垂直振动信号a、液压缸位移信号x、液压缸位移估计器4输出的 信号进行状态估计和振动故障判别运算，状态观测控制器5的输出送给谐振比控制器8； 所述谐振比控制器8对系统控制器7和状态观测控制器5输出的信号进行线性求和运算， 谐振比控制器8的输出送给伺服放大器9，伺服放大器9的输出送给伺服阀11，伺服阀 11通过控制流量，实现轧机压下系统无振动时的正常工作和耦合振动时的在线主动自抑 制控制。

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，其优点在于：

在不影响系统动态性能情况下，振动自抑制控制单元能通过状态观测控制器进行在 线状态估计和耦合振动判别，适时投切谐振比控制器，从而改变控制系统固有频率，消 除或抑制机电液耦合振动，实现轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制。

附图说明

图1轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置原理图

1.振动自抑制控制单元2.液压缸位移控制器3.液压缸位移给定4.液压 缸位移估计器5.状态观测控制器6.力控制器7.系统控制器8.谐振比控 制器9.伺服放大器10.信号采集处理器11.伺服阀12.电动机 13.系统动力源14.液压泵15.安全阀16.力传感器17.振动加速度传感器 18.位移传感器19.液压缸20.轧机

x.液压缸位移信号a.机架垂直振动信号F.轧制力信号。

具体实施方案

下面结合附图及实施例对本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑 制控制装置的特征和原理做出进一步的详细说明，本实施例是对本发明的详细说明，并 不对本发明做出任何限制。

实施方式1：

按照附图1轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置由轧机液压驱 动单元、信号采集处理单元、振动自抑制控制单元1组成，所述轧机液压驱动单元由轧 机20、液压缸19、伺服阀11、液压泵14、安全阀15和电动机12组成。其中液压泵14、 安全阀15和电动机12组成系统动力源13，其中电动机12是交流电动机或直流电动机。 所述信号采集处理单元由力传感器16、振动加速度传感器17、位移传感器18和信号采 集处理器10组成。所述振动自抑制控制单元1由液压缸位移控制器2、液压缸位移给定 3、液压缸位移估计器4、状态观测控制器5、力控制器6、系统控制器7、谐振比控制 器8和伺服放大器9组成。轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置在现 有的控制系统基础上增设液压缸位移估计器4、状态观测控制器5、谐振比控制器8和 振动加速度传感器17，主要用于在线状态故障判别，适时投切谐振比控制，实现轧机机 电液耦合振动的在线主动自抑制。

按照附图1将位置传感器18装设在液压缸19的无杆腔侧，位置传感器18与液压 缸19的活塞一起运动，用于检测液压缸位移信号。将振动加速度传感器17吸附在液压 缸19的缸体上，用于检测机架的垂直振动信号。将力传感器16安装在轧机20的上支 承辊与液压缸有杆腔之间的轴座上，用于检测轧制力信号。

系统工作时，信号采集处理器10通过力传感器16、振动加速度传感器17和位移 传感器18分别实时采集处理并输出轧制力信号F、机架垂直振动信号a和液压缸位移 信号x。液压缸位移控制器2对液压缸位移给定3和信号采集处理器10输出的液压缸位 移信号x进行调节运算，并将其输出分别送给系统控制器7和液压缸位移估计器4。所 述轧制力信号F经力控制器6运算后输出给系统控制器7，系统控制器7对力控制器6 输出的信号和液压缸位移控制器2输出的信号进行控制运算，并将其输出给谐振比控制 器8。同时液压缸位移估计器4对液压缸位移控制器2输出的信号进行位置估计，并将 其输出给状态观测控制器5，状态观测控制器5对机架垂直振动信号a、液压缸位移信 号x、液压缸位移估计器4输出信号进行状态估计运算和振动故障判别，并输出给谐振 比控制器8。

如果系统没有发生振动或振动幅值小于设定的振动阈值时，状态观测控制器5输出 为零，系统控制器7的输出直接输给伺服放大器9，经伺服放大器9放大后输出给伺服 阀11，伺服阀11通过控制流量，实现轧机压下系统无振动时的正常运行控制。如果系 统发生耦合振动并且振动幅值大于设定的振动阈值时，状态观测控制器5输出控制信号 给谐振比控制器8，谐振比控制器8将对系统控制器7和状态观测控制器5的输出信号 进行线性求和运算，从而改变控制系统的固有频率，来消除或抑制系统机电液耦合振动。 最后，谐振比控制器8输出给伺服放大器9，经伺服放大器9放大后输出给伺服阀11， 伺服阀11通过控制流量，实现系统耦合振动时的在线主动自抑制控制。