资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共87页)
编号：546383
类型：共享资源
大小：1.07MB
格式：ZIP
上传时间：2015-12-01
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
电气电子毕业设计论文
- 资源描述：
-
毕业设计27板带轧机厚度控制技术,电气电子毕业设计论文
- 内容简介：
-
第88页目 录1 绪 论11.1 引 言11.2 板带轧机厚度控制技术的发展历程21.3 HGC系统国内外研究现状及文研究内容51.3.1 HGC系统的研究现状及发展方向51.3.2 本文的研究内容61.4 本文的理论意义和实用价值72 厚度控制基本理论及1676MM酸洗冷连轧联合机组HGC系统简介92.1 厚度控制的基本思想92.2 影响轧件出口厚度的因素92.3 轧机的弹性变形和轧件的塑性变形112.4 1676mm酸洗冷连轧联合机组HGC系统简介142.4.1 HGC系统软、硬件组成142.4.2 HGC系统主要组件的参数15本 章 小 结153 虚拟样机与协同仿真技术173.1 虚拟样机技术及其发展历程173.2 虚拟样机技术研究与应用概况183.2.1 虚拟样机技术研究状况183.2.2 虚拟样机技术在产品研发中的应用193.2.3 虚拟样机技术应用概况203.3 基于接口的多领域协同仿真233.3.1 基于接口的多领域建模方法233.3.2 基于接口的协同仿真运行243.4 基于虚拟样机与协同仿真技术的商品化软件MSC.ADAMS253.4.1 ADAMS软件简介253.4.2 ADAMS软件组成模块25本 章 小 结274 基于MATLAB/SIMULINK的冷轧机液压辊缝监控系统的建模与仿真284.1 HGC系统建模284.1.1 PI控制器284.1.2 伺服放大器284.1.3 电液伺服阀294.1.4 阀控液压缸及辊系负载304.1.5 轧制力传感器374.1.6 系统开环传递函数374.2 HGC系统动态特性分析374.2.1 系统仿真所需主要参数374.2.2 HGC系统动态特性的频域与时域分析384.3 影响HGC系统动态特性的因素394.3.1 伺服阀响应频率的影响404.3.2 油缸固有频率的影响404.3.3 PI控制参数的影响40本 章 小 结425 基于ADAMS/VIBRATION的冷轧机垂直振动模型的研究435.1 轧机垂直振动简化模型435.2 轧机系统各部分等效质量和等效刚度的计算445.3 使用Pro/Engineer和Mechanical/Pro实现的轧机垂振模型455.3.1 ADAMS软件接口模块Pro/E接口模块（Mechanical/Pro）455.3.2 Pro/E和ADAMS的连接465.3.3 输出ADAMS数据文件流程465.4 冷轧机机架垂振对板带厚度的影响分析465.4.1 基于ADAMS/Vibration的机架垂直振动分析475.4.2 轧机颤振对带钢厚度的影响及减振措施51本 章 小 结526 HGC系统的机械、液压、控制领域的虚拟样机建模与协同仿真536.1 基于ADAMS/Hydraulics的HGC系统机、液模型的集成方法研究536.1.1 液压系统虚拟样机技术与ADAMS/Hydraulics简介536.1.2 液压辊缝监控系统的工作原理及模型简化566.1.3 1676mm冷轧机液压辊缝监控系统虚拟样机576.1.4 样机模型的验证616.2 基于ADAMS/Controls的HGC系统机、液、控模型协同仿真方法研究626.2.1 机、液、控模型协同仿真方法介绍626.2.2 ADAMS/Controls求解基本步骤626.2.3 利用ADAMS和MATLAB/Simulink对HGC系统进行的协同仿真63本 章 小 结727 结 论73附录A 本钢冷轧厂1676MM四机架酸洗冷连轧联合机组（CDCM）概况75附录B 轧机机座等效刚度的MATLAB计算程序76附录C 1676MM冷轧机第四机架驱动侧液压辊缝监控系统图79附录D 液压元件主要参数80参 考 文 献811 绪论1.1 引言21世纪世界钢铁工业发展的一个显著特点是钢材市场竞争愈演愈烈，竞争的焦点是高质量、低成本。随着国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，汽车、机械制造、电器和电子行业对板、带材的质量（主要是板厚和板形的精度）提出了更高的要求。板厚控制技术已成为板带轧制过程中的关键技术之一1，我国近年来从发达国家引进的一些大型的现代化的板带轧机，其关键技术就是高精度的板厚控制系统和板形控制系统。HGC系统是AGC（厚度自动控制）系统的重要组成部分，其作用是与轧制速度控制系统、带钢张力控制系统一起保证板、带材纵向厚度的均匀性和较高的厚度精度。随着各行各业对板、带材厚度精度要求的提高，对HGC系统也就提出了更高的要求，而且HGC系统已成为现代化大型冷连轧机中不可缺少的组成部分，其运行状态对产品的质和量都具有重大影响2。由于大型轧机本身诸多因素的限制，轧机在线实验往往很难进行，因此有必要借助计算机仿真的手段，对影响其厚度精度的HGC系统进行仿真分析，分析系统参数变化对轧制厚度及系统品质的影响，以便了解这些因素对板厚精度影响的规律，提出消除或抑制不利影响的方案，最终为系统的优化设计及对轧制过程的参数设定提供参考。现代高速、高效的板、带材的加工，要求HGC系统能够在最短的时间内实现压下并达到精度要求。这就要求控制系统满足两点3：一是控制模型的准确性；二是HGC系统的快速性。因此，为了给研究对象选择最合理的控制模型，提高执行机构的反应能力，必须对液压辊缝监控的控制算法和执行机构作更深入的研究。板带材几何尺寸精度包括纵向厚差、横向厚差和板形。纵向厚差是指以板宽中点处沿轧制方向的厚度之差；横向厚差是指板、带材同一横断面上，中点与边部的厚度之差，板形直观上讲是指板带材的翘曲程度，实质上是指板、带材内部残余应力沿横向的分布4。本文以带钢纵向厚差为主要研究对象。1.2 板带轧机厚度控制技术的发展历程板带轧机厚度控制从轧机诞生起，直到由计算机完成各种复杂功能的控制，其发展过程是随着对板、带材尺寸精度要求越来越高而相应发展起来的，板带轧机厚度控制的发展大致可分为以下几个阶段3：第一阶段是上世纪30年代以前的人工操作阶段。这一阶段的轧机装机水平较低，厚度控制是以手动压下或简单的电动压下移动辊缝方式为主。单回路调节的自动控制理论尚未应用于控制轧机这类较复杂的机器，对应该阶段的厚度控制尚未形成自动控制。第二阶段是上世纪30年代到60年代的常规自动调整阶段。轧制理论从以力学为基础研究轧件变形规律，进入以力学和控制论为基础的轧件与轧机互相作用变形规律统一研究。该阶段中轧制理论的发展和完善为板带轧机的厚度控制奠定了基础，同时，随着自动调节理论和技术的发展并逐步应用于轧制过程，使轧机的控制步入了常规模拟式调节的自动控制阶段。单回路的各种调节系统不断涌现，这些自动调整系统的实现，为完善板带轧机的厚度控制提供了先决条件。20世纪70年代以前，一直采用的是电动压下技术，反应的滞后性是其最主要的缺点，对板厚控制的精度有很大的影响。从70年代起，液压厚度控制技术（HAGC）的应用，使板厚控制技术产生了重大变革。HAGC的响应速度比电动AGC快2个数量级以上，因此，使AGC的内环执行机构几乎可以近似为一个比例环节（相对于AGC的响应速度），以实现变等效刚度的控制效果。由于液压技术与计算机技术的结合，使这一阶段的板厚控制技术大大地向前迈进了一步。在20世纪最后的十年，世界轧钢技术发展迅速，轧钢生产实现了高度的自动化、连续化和高精度化。由于对冷轧薄板质量的要求越来越严格，因此计算机控制系统已是冷轧不可缺少的组成部分。随着液压控制系统的广泛应用加上全部控制都将作用于轧辊轧件形成的变形区，因此冷轧自动控制系统需满足下列两个要求：一是高速控制，二是高速通讯。这个“二高”的特点决定了控制系统应是“快速”分布式计算机控制系统。各钢铁企业都加快了薄板生产线改造和建设的步伐。国内外在板形和板厚等控制技术方面取得了许多新的进展，大大提高了板、带材的几何尺寸精度。伴随着轧制产品尺寸精度的提高，经济效益也大幅度上升。因此，从20世纪60至70年代完成了轧钢设备的大型化、高速化、连续化和自动化后，80年代以来，轧制技术发展的主要目标是提高轧制精度和性能、降低能耗和增加效率、进一步扩大连续化范围。通过对轧制过程控制计算机的高精度设定和基础自动化的自动辊缝监控系统的改进，产品厚度精度已经达到了很高的水平。回顾我国现有大型冷轧机上已应用的厚度控制系统，可归纳为3种基本类型5。 （1）用测厚仪信号反馈控制轧机压下或轧机入口侧带钢张力的AGC系统。70年代，厚度控制系统大多是这类系统，而且是模拟线路的。按轧机出口侧测厚仪测出的带钢实际偏差信号反馈控制，大偏差或被轧带钢厚度大于、等于0.4mm时，按偏差信号大小去移动压下位置，改变辊缝，以减小厚度偏差，即所谓粗调；在小偏差或被轧带钢厚度小于0.4mm时，则调节轧机入口侧带钢张力，进一步减小厚度偏差，即所谓精调。我国早期的AGC系统调节压下装置的执行机构是电动的，因电动压下响应慢及非线性等缺点，逐渐被液压压下代替。随着轧制速度和自动化程度的提高，为了更有效地控制带钢纵向厚度精度，提高成品带钢质量，HGC已成为压下系统的发展方向，其主要优点6：I. 惯性小、反应快、截止频率高，系统对外来干扰跟随性好，调节精度高。II. 对轧辊偏心引起的辊缝发生高频周期变化的干扰能进行有效清除。III. 可实现轧机刚度系数调节，可依据不同的轧制条件选择不同的刚度系数获得更高的成品质量。 （2）采用前馈控制和测厚仪信号反馈控制轧机压下或轧机入口侧带钢张力的AGC系统。将上述AGC系统数字化，并增加前馈控制回路就构成这类AGC系统。前馈控制是当轧机入口侧有厚度偏差的带钢进入轧辊时，立即调节被控机架压下位置，将入口带钢厚度偏差消除的一种控制策略。方法是将轧机入口侧测厚仪至轧辊中心的距离分成若干整数段，把经过入口侧测厚仪的每段带钢厚度顺序存入移位寄存器中，寄存器按FIFO方式工作，当寄存器输出的带钢段进入轧辊时，系统按该段厚度偏差值调整压下，以消除进入轧机的带钢厚度偏差。这种控制方式消除了带坯纵向厚度不均或硬度波动产生的厚差较大的缺点。（3）采用前馈控制、压力反馈控制和监控的AGC系统。80年代，利用现代控制理论、电子技术与计算机技术的新成就，对上述两类AGC系统进一步加以改造，其主要特点是使用轧机弹跳方程计算轧后带钢厚度作为实测厚度，与设定厚度或锁定厚度相减，其差为检测的厚度偏差值，经过转换后用于压下调节。这样就不存在轧辊中心到测厚仪的传输滞后时间了，从而提高了系统性能，获得普遍应用。这就是GM-AGC（或BISRA-AGC）。再加上监控AGC控制，即可消除低频干扰（如轧辊磨损、轧辊热变形等）因素的影响。 数字化或计算机控制，加上一些新的控制算法，使GM-AGC系统性能获得进一步的提高，例如成品厚度为0.8mm的汽车板，其厚度偏差范围为0.040.08mm，可称之为毫米级厚度偏差。如欲进一步把带钢厚度偏差减小到几个m，用这类AGC系统是做不到的，因为GM-AGC计算带钢厚度是建立在各种补偿基础上按轧制压力计算的，要精确计算所用补偿参数很难，甚至不可能。确定在各种轧钢状态下所需各变量的补偿量是一件复杂的事情，通常要用复杂的数学模型计算，或用事先存入计算机里的表格数据（图形曲线表格化），精度不可能高，这是影响GM-AGC控制精度的主要原因。例如用这种系统生产易拉罐用带钢就很困难，为此，必须使用控制精度更高的-AGC系统，可控制带钢厚度偏差达到成品厚度的1%（几个m）之内，这种系统的核心技术是质量流量控制（MFC）。在我国，较先进的现代化宽带冷轧机及控制系统基本上都是引进设备，其中许多理论问题以及所采用的先进技术，尚待进一步消化研究。而自行研制的轧机，技术含量不高，生产出的产品竞争力不强，每年尚需要进口大量的高精度板带产品。尤其国内许多台套的板带轧机生产状况，尚不令人满意，厚度精度急待提高，对这些轧机实施改造，许多理论和技术上的问题还有待进一步研究。1.3 HGC系统国内外研究现状及文研究内容1.3.1 HGC系统的研究现状及发展方向当前国内外在HGC系统方面的大部分研究工作围绕着下面的几个方面723： （1）HGC系统数学模型的完善。由于轧制过程中存在着大量的不确定性、动态过程的强耦合性以及系统的复杂非线性等特点，造成有些环节机理分析困难，甚至难以用数学模型精确表达，故在HGC系统模型建立时，往往只是考虑影响轧制精度的部分因素，这就造成所建立的模型并不能全面反映真实系统的工作过程，但北京科技大学在单自由度、双自由度轧机负载的HGC系统数学模型的基础上，建立了六自由度轧机负载模型，该模型由于将轧机横梁、上、下辊系、带钢和机座分开建模，所以可对HGC系统在不同工况下的动态特性进行分析，是一种有利于分析轧制过程中各种因素对最后轧制精度影响的模型。 （2）HGC系统建模方法的研究。到目前为止，国内外对HGC系统建模方法绝大多数的研究均是使用理论建模，并未将近些年来计算机软、硬件的发展所带来的仿真手段的革新应用到HGC系统建模过程中，但武汉科技大学学位论文“冷轧机液压AGC系统的控制模型与仿真研究”中使用专用液压仿真软件EASY5对HGC系统伺服阀前压力波动特性的仿真，就避开了仿真分析前繁琐的微分方程的推导和可能的模型线性化所带来的误差。软件所提供的图形化操作界面和完备的液压元件库，确实提高了仿真结果的准确性、可靠性和可视化程度。 （3）HGC系统各环节参数的优化。对HGC系统进行仿真研究，通过改变系统参数，比较分析仿真结果，评价各参数对系统动态特性的影响。如北京科技大学在研究轧机振动时发现，即使通过动态分析HGC控制系统是稳定的，但实际使用中某些因素不稳定亦会使轧机产生振动，通过参数优化可较好地控制这种振动。 （4）HGC系统专家系统的研究。采用先进PID控制器、自适应控制和模糊控制，提高液压伺服系统的响应特性和精度，使HGC系统具有更好的静、动态特性。如日本川崎在冷连轧机中开发了一个专家系统诊断厚度精度，对液压辊缝监控和厚度控制系统进行诊断，并用联想型推理方法推断其发生异常的原因，对设备条件诊断和故障检测发挥了指导作用。 轧机HGC系统的发展方向：现代控制理论与技术的发展产生了许多有效的控制方法，如PID控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等等。同其它的控制技术相比，人工神经网络具有许多优良的特征，如自组织、自适应能力，模糊推理、联想能力，自学习能力，平行分布处理能力等等。神经网络的结构特征，非常适合于多变量系统、非线性系统控制问题的研究。轧机的变时滞和变增益等特性，适合应用神经网络方法来建模和控制。基于神经网络的控制方法，比传统的PID控制方法都具有更好的特性。有理由相信这是未来轧机HGC系统的发展方向之一。现代大型轧机系统多具有多变量、强耦合、非线性、时变性、多约束的特征，连轧机更是如此，引入计算机仿真手段是十分必要的，基于多领域建模方法与协同仿真技术的虚拟样机技术则恰好适合轧机系统问题的研究，尤其对于HGC系统，可以建立其机械、液压、控制各个子系统的样机模型，并在此基础上进行机、液、控一体化仿真，这对于在物理样机之前了解轧机各子系统以及整机的动态特性、避免设计的重复性、缩短设计周期，提高轧机的综合性能有着重要的现实意义。可以说“虚拟轧机”的建立将是未来轧机设计中不可缺少的环节。1.3.2 本文的研究内容 本文以“东北大学/本钢冷轧厂引进设备消化研究与技术服务项目”为背景，在现场调研和广泛参考国内外HGC系统研究成果的基础上，着重于以下几个方面的研究2437： （1）简要分析本钢1676mm酸洗冷轧联机厚度自动控制（AGC）系统，尤其是液压辊缝监控（HGC）系统的组成和结构，为建立HGC系统的数学模型奠定基础；（2）HGC系统数学模型的建模 建立一个较全面、完整的轧机辊缝监控系统模型是该文研究的基础。在研究HGC系统动态特性时，考虑了轧机机架、辊系的弹性变形和干扰负载的影响，建立了两自由度质量弹簧系统；在研究轧机垂直方向振动对辊缝影响时，考虑了轧机机架、辊系的弹性变形、轧件在轧制过程中的塑性变形、入口处带钢厚度波动等因素的影响，将轧机辊缝负载模型简化为便于分析辊缝变化的六自由度不对称质量弹簧系统； （3）HGC控制系统仿真 以系统数学模型为基础，并将其转化为仿真模型（Matlab/Simulink模型），应用Simulink的图形用户界面（GUI），绘制了表征系统时域和频域的静、动态特性的阶跃响应曲线和伯德图。通过改变控制环节的参数，得到系统在不同条件下的动态特性，寻得最优的控制系统参数；（4）虚拟样机建模 使用机械动力学仿真软件ADAMS建立了1676mm冷连轧机第四架机构的虚拟样机，并针对轧机第三频程颤振现象，建立了轧机垂直振动模型，提出了解决该类颤振现象的办法；（5）机械、液压、控制系统的协同仿真 在1676mm冷轧机第四架垂直振动系统模型的基础上集成液压系统和控制系统模型，构成较完整的HGC系统虚拟样机，通过对模型进行的运动学和动力学分析，从辊缝的变化曲线出发验证了模型的正确性；运用协同仿真方法寻得了PI控制参数较好的取值范围并进一步验证了模型的正确性。1.4 本文的理论意义和实用价值 目前，虽然国内外一些科研院所和高校对冷连轧机的板厚控制理论进行了较为深入的研究，但是距离达到产品级还有一段路要走。我国对轧制过程模拟方面的研究，多集中在对轧机体系模型的研究，分析轧制过程中某一因素（如张力、辊系变形等）对厚度的影响，模拟轧制过程中的辊系变形、磨损和力的变化等，所建的模型往往局限于某一领域内，缺乏对轧机机械、液压、控制多个领域一体化模型的研究。因此，建立一个较全面、完整且可靠的机、液、控一体化轧制模型，进行轧机体系在轧制过程中的变形和液压控制系统动态响应的实时模拟，实现轧制过程中的动态可视化是十分必要的。 冷连轧机是带钢（特别是薄带钢）轧制中广泛使用的设备，由于设备、加工材料和成本等因素的制约，使得轧制实验和试验很难开展，因此针对具体研究问题建立相应的仿真平台，在仿真平台上进行实验和试验，具有低成本、无风险的优点。通过仿真分析，可以深入全面地研究冷连轧过程的控制，开发新技术、新产品；在仿真平台上采用一些先进的控制技术进行试验，并将获得的结果应用于实际轧机系统，将有效提升现有轧机的自动化控制水平；通过仿真平台的成功建立，可以加深对原系统的认识，从而为对实际系统的改造提供指导性的技术支持，并可最大限度降低系统改造的风险。尤其是近些年仿真领域所提出的虚拟样机与协同仿真技术，更是对产品设计、分析、制造产生前所未有的影响，将多领域建模与协同仿真技术引入到冷轧机各组成系统的设计与仿真中，是具有创新意义的理论研究。2 厚度控制基本理论及1676mm酸洗冷连轧联合机组HGC系统简介2.1 厚度控制的基本思想79轧制时轧机和轧件的状态如图2-1所示，AGC系统主要以HGC装置作为执行机构，控制轧机出口的轧件厚度（简称为轧件出口厚度或出口厚度），使其达到或逼近轧件的目标（基准）厚度，典型的测厚仪式AGC如图2-2所示。图2-1 轧机与轧件示意图图2-2 测厚仪式AGC2.2 影响轧件出口厚度的因素在轧制力和出口厚度以外的其它变量不变的情况下，可画出随变化的曲线。把轧机弹性曲线和轧件塑性曲线画在同一坐标平面上得到的几何图形称为-图，如图2-3、2-4、2-5、2-6所示。由图可见，一切影响弹塑性变形曲线交点位置的因素都将影响轧件的出口厚度。具体地说，轧件的出口厚度主要取决于空载辊缝、轧机刚度、轧件入口厚度、轧件变形抗力、轴承油膜厚度、轧辊偏心等因素。利用-图可以形象分析这些因素造成带材出口厚差的原因和修正方法。图2-4 轧机刚度对轧件厚度的影响图2-3 空载辊缝对轧件厚度的影响（1）空载辊缝设置的影响 轧辊的偏心、磨损和热膨胀等会使实际空载辊缝发生变化，使轧件出口厚度产生波动。如图2-3所示，当空载辊缝变化到或时，弹跳曲线位置将由A平移到A1或A2，当轧机达到新的平衡时，轧制力增加或降低到或，而轧件出口厚度变化到或。（2） 轧机刚度的影响 轧机刚度的变化相当于曲线A的斜率发生变化。如图2-4所示，增大轧机刚度如同增大曲线A的斜率，轧机的弹性变形量减小。当轧机达到新的平衡点时，轧制力增大到，而轧件出口厚度却降至。可见，提高轧机刚度有利于轧出更薄的板带材。（3） 轧件入口厚度的影响 来料厚度增大，则塑性曲线B向右平移，轧制压力增大，导致轧件的出口厚度增大到，如图2-5所示。（4） 轧件变形抗力的影响 轧件变形抗力的变化相当于曲线B的斜率发生变化。当变形抗力增大时，塑性曲线斜率增大，轧制压力增大，当达到平衡状态时，轧件的出口厚度变厚。如图2-6所示。需要指出的是，在实际轧制过程中，以上诸因素对带钢实际轧出厚度的影响不是孤立的，而往往是同时产生作用。所以，在现代轧机的厚度控制系统中均综合考虑了各因素的影响。图2-6 变形抗力对轧件厚度的影响图2-5 入口厚度对轧件厚度的影响2.3 轧机的弹性变形和轧件的塑性变形轧制时发生的基本现象是轧机的弹性变形和轧件的塑性变形，如图2-7所示。图2-7 轧制过程中的基本现象（图中 入口厚度；空载辊缝；实际辊缝；出口厚度；轧制力）在轧制压力的作用下，轧机工作机座（轧辊及其轴承、压下装置和机架等）产生一定量的弹性变形，工作机座的总变形量很大，工作机座的弹性变形将影响轧辊的开口度和辊型，从而对轧制产品的精度造成影响。机座的弹性变形与轧制压力有关，在轧制压力较小时，机座弹性变形与轧制压力成非线性关系，这是由于机座各零件之间的接触面凸凹不平和轧辊的非线性接触变形造成的，当轧制力达到一定数值后，机座弹性形变曲线与轧制压力成线性关系。机座弹性变形曲线（见图2-8）直线段的斜率，称为机座的纵向刚度系数，可用下式表示： （2-1）式中轧机的纵向刚度；轧制压力的变化量；弹性变形的变化量。图2-8 -图轧机在外力的作用下，产生弹性变形（），依HOOK定律：上式变形得： （2-2）式2-2即机座的弹跳方程，它表示了轧制厚度、空载辊缝、轧制压力和轧机纵向刚度之间的关系，是轧机厚度自动控制系统中的一个基本方程。由于机座各零件间的非线性接触变形不稳定，每次换辊之后都有变化，故弹跳曲线的非直线部分经常是变化的，因此式2-2很难在实际中应用。在实际生产中，为了消除上述不稳定和非直线段的影响，先将轧辊预压靠到一定的压力，并将此时的轧辊辊缝指示器读数设为零，称为人工零位。所谓预压靠就是在空载情况下，使轧辊压靠到某一较大轧制力，把此时的辊缝位置定为辊缝的参考零点。这样做既避免了轧制力较小时辊缝非线性影响，又解决了难以确定辊缝实际零点的问题。预压靠时各相关物理量的对应关系如图2-9所示。 参考图2-9可导出： （2-3）式2-3就是实用形式的轧机弹跳方程。由于式2-2和2-3等价，所以在分析液压辊缝和厚度控制的原理，确定控制算法时，可对预压靠后参考零点以上的线性部分进行分析，所以仍可用2-2式所表示的基本形式的轧机弹跳方程。图2-9 预压靠时各相关物理量的对应关系图中 预压靠轧制力； 相对实际位置零点的空载辊缝（把轧机的特性曲线近似为直线），。在一定的轧件宽度和轧辊半径条件下，轧制压力实际上是轧件厚度、张力、摩擦系数和轧件变形抗力等因素的函数，轧制压力与轧后轧件厚度的关系称为轧件的塑性变形曲线。以轧件为对象可得到轧制力方程： （2-4）式中，、分别为入口和出口张力；为轧辊半径；为带钢宽度。使轧件产生单位压塑所需的轧制力称为轧件塑性系数，用表示，则 可见，轧件的塑性系数为轧件塑性曲线的斜率。2.4 1676mm酸洗冷连轧联合机组HGC系统简介本钢冷轧厂1676mm酸洗冷连轧联合机组（参见附录A）其冷轧机部分采取四机架配置，在每一个机架的传动侧和操作侧分别安装有液压压下缸，系统通过伺服阀控制进入液压缸的液压油流量，进而控制上支撑辊和上工作辊的上下移动，当达到控制压下位置（或轧制压力）时，通过安装在压下缸中的位移传感器（或压力传感器）将当前值反馈给系统形成闭环，压下缸通过位置实现闭环控制（机架4也可采用压力闭环控制）。该冷连轧机压下缸为缸动、杆不动、单作用式的液压缸，当液压杆伸出后，由平衡缸使其恢复。2.4.1 HGC系统软、硬件组成HGC系统主要包括两个部分38：（1）软件部分DIGIGAGE,主要通过软件对硬件进行操作，发送信号，来控制整个HGC系统；（2）硬件部分整个HGC系统，主要接受来自控制计算机的指令，控制伺服阀完成压下的功能，如图2-10所示。在DIGIGAGE的机柜中，装有基于多总线的24个插槽，CPU板卡和I/O板卡都安装在这个机柜中，通过多总线处理器能够访问I/O端口和共享内存（双通道RAM）。在DIGIGAGE中，4个CPU的主要功能为：CPU1主要完成两个机架之间的通讯；CPU2主要完成一个机架除偏心补偿外的所有HGC作用和弯辊作用；CPU3主要完成另一个机架除偏心补偿外的所有HGC作用和弯辊作用；CPU4主要完成两个机架的偏心补偿。1个ADAS/ICM150：完成模拟量输入读取。连接到接口模块，在全差动模式下能够进行32位的模拟量输入。1个ADAS/ICM212：完成脉冲输入。连接到STB212接口模块，能够进行12位的脉冲记数。4个ADAS/ICM812：完成模拟量输出。能够进行32位模拟量输出。2个iSBC519：能够完成数字输入读取。连接到接口模块PB24上，能够进行72位数字输入和24位数字输出。1个JS/KLIO：用来连接OPTOBUS和JS设备。2.4.2 HGC系统主要组件的参数38液压泵：流量：170l/min；压力：305bar ； 数目：3（一个备用）。伺服阀：额定流量：95l/min ；数目：每个机架2个。液压缸：直径：800mm ；截面面积：5026cm ；工作压力：260bar；总行程：138mm ；最大轧制力：1300T；短程速度（加速情况下）：2mm/s，长程速度：1mm/s ；数目：每个机架2个。压力传感器：测量范围：420mA，05000PSI位置传感器：类型：数字；行程：138mm；精度：1m。本章小结 简单地论述了冷轧机厚度控制的基本原理，介绍了1676mm酸洗冷连轧联合机组液压辊缝监控系统的软、硬件组成及其主要组件的参数。图2-10 1676mm冷连轧机HGC控制系统原理图3 虚拟样机与协同仿真技术3.1 虚拟样机技术及其发展历程市场竞争的激烈化，用户需求的个性化和多样化，以及多种标准、规范的约束，对现代产品的研制和开发提出了更高的要求，即在最短时间内，研制开发出高质量、低成本的应市产品。传统的物理样机方法已不能满足产品开发的需要，随着并行工程方法与仿真技术在制造业中应用的深入，将虚拟现实技术与样机概念相结合的虚拟样机技术成为缩短产品开发周期、降低产品成本的有效技术手段，在产品设计和制造过程中发挥出日益强大的作用。理论研究方面，从90年代初传统虚拟样机技术概念的提出发展到1997年提出的“下一代虚拟样机技术”，虚拟样机体系结构的发展经历了三大阶段3940：传统VP体系结构、CVP体系结构以及NGVP体系结构。虚拟样机（Virtual Prototype）是根据产品设计信息或概念描述产生的在功能、行为以及感观（视觉、听觉、触觉等）特性方面与实际产品尽可能相似的可仿真的数字模型。虚拟样机技术（Virtual Prototyping, VP）是建立和应用虚拟样机的技术。它将先进的信息技术与系统设计、建模、分析、仿真、制造、测试及后勤保障相结合，以支持系统生命周期的开发过程。在概念内涵上，虚拟样机技术是一种新的设计理念、设计方法，是一种跨学科的综合技术，是虚拟现实、CAD、仿真、网络通讯、分布计算、产品数据管理等多种技术的综合应用。协同虚拟样机技术（Collaborative Virtual Prototyping, CVP）是在分布式的环境下，多领域专家协同建立和应用虚拟样机的方法和技术。它是一种基于一体化产品和过程开发（IPPD）思想的新的设计/开发范例，其核心是集成产品开发（IPT）的实施，能够实现分布在不同地点、不同部门的集成产品与过程开发（IPPT）小组成员围绕逼真的虚拟样机，从不同角度、不同需求出发，对虚拟样机进行测试、仿真和评价，从而改进和完善其设计，缩短产品的开发时间。下一代虚拟样机技术（Next Generation Virtual Prototyping, NGVP）是针对大型复杂系统提出的一种新的虚拟样机体系结构概念和再设计过程。其目标是生成一个开放的、可扩展的、集成的、同步的多领域产品模型，对不同层次的性能分析提供不同精确度的系统表示，并能将相关的产品数据同产品行为和表示相结合，以提供产品性能评估和优化生命周期的产品成本。3.2 虚拟样机技术研究与应用概况自90年代初开始发展，虚拟样机技术的研究和应用取得了丰硕成果。由于虚拟样机技术对推动并行工程和拟实制造技术的发展有重要意义，国外许多研究机构和软件供应商都很重视研究、开发和应用虚拟样机技术，现已深入到机械、电子、航空航天、船舶、汽车与通讯等多个领域。3.2.1 虚拟样机技术研究状况虚拟样机技术的研究主要可归纳为以下三个方面40:1面向设计的应用虚拟原型虚拟设计环境用于支持三维环境中产品的概念设计、设计方案评价等，主要是起原型的作用。CAD系统建立的模型传输到虚拟环境当中，进行几何、功能、加工与装配等方面的评价，并进行交互性的修改，修改的结果可以参数化的方式传回CAD系统之中。2面向制造的应用制造过程仿真运用虚拟现实（VR）的仿真功能，模拟加工过程，以对多种工艺方案进行低成本、快速的评价，从而判断机床的限制条件、夹具的放置等问题，并且可以不浪费实际的机床时间和材料，对所产生的NC代码进行测试。制造方面的应用，还体现在装配过程的模拟上。通过对零件的直接操作，可检验零件的可操作性、装配的难易程度以及装配的次序等。3管理与控制以及工厂建设的建模对控制模型和实际过程进行仿真，使控制和管理与实际过程达到最优化。针对工厂的生产目标，对工厂进行建模，实现工厂最合理的布置。3.2.2 虚拟样机技术在产品研发中的应用产品的研制和开发对虚拟样机技术的需求是多方位和多层次的。主要体现在以下五个方面40:1基于虚拟样机的产品概念设计分析和验证在产品概念设计阶段，建立部件或整个产品的虚拟样机。进行产品的分析评价，以确定未来市场所需的产品类型；也可以帮助设计人员确定产品的配置结构，包括单人操作设备的功能部件配置、多人操作设备的操作人员数量及职能分配；还可以进行产品功能仿真，验证功能设计的正确性和合理性。2基于虚拟样机的产品设计很多工程设计问题，诸如电子部件的软硬件联合设计分析、机械零部件的应力分析、控制部件和系统的动态响应分析等，都可以用虚拟样机技术解决。虽然虚拟样机不可能完全取代物理样机，但是它可以加速测试过程，并保证第一个物理样机的精确性。虚拟样机技术使设计工程师在设计阶段就能够看到最终的产品，在制作物理样机前，还可以对多种设计方案进行测试，从而避免在工程制造阶段浪费时间。3基于虚拟样机的产品测试与评估在产品设计的各个阶段，用户在基于虚拟样机的并行设计环境中可以直接操纵虚拟样机进行独立测试评估。通过使用虚拟样机，测试组可以很容易地收集到各种类型的性能数据。决策者可以通过实时可视化的技术，在投资开发物理样机之前，对工程产品的功能和性能进行测试评估。对于具有破坏性的测试，应用虚拟样机可以预先进行多次试验，为物理样机试验找出最优方法，确定物理极限。4基于虚拟样机的产品生产与维护利用CAD/CAM软件会对单个部件的设计进行可生产性优化，而且在设计阶段就能进行维护需求的评估。将虚拟样机投入到后续维护的设计工作中，让维护人员在虚拟样机上进行典型的维护，并在产品设计定型前向设计人员提供反馈。5基于虚拟样机的合成仿真用户通过使用新产品的虚拟样机来了解和检验新产品的可使用性，这对军用武器装备尤为重要，利用虚拟样机的高度逼真性和虚拟环境的沉浸感，既可以通过人在回路中的操作仿真训练使用人员，又可以通过虚拟合成环境中的多个虚拟样机和虚拟实体在虚拟场景中的联合演练训练战术指挥人员。3.2.3 虚拟样机技术应用概况 国内、外应用状祝当前国际上虚拟样机技术最成功的应用集中在机械制造及离散制造业，特别是汽车工业和飞机工业中，主要是利用虚拟样机仿真产品的几何和运动特性，通过样机可视化进行产品外形设计、布局设计、可达性设计、运动和动力学仿真、装配仿真等4041，Boeing 777飞机就是虚拟样机技术最成功的应用范例之一。英国Sikorsky公司和波音公司在联合开发军队最新最大的航空项目Comanche时，大规模使用了虚拟样机技术，使项目开销降低了20%-30%；美国通用动力电船公司应用虚拟样机技术，支持新型攻击潜艇项目，至少节约了25%的制造费用。Chrycler公司与IBM合作开发的虚拟制造环境用于新型车研制，在样车生产前，发现定位系统的控制存在设计缺陷，及时进行改进，从而缩短了研制周期。欧洲空中客车采用虚拟样机及仿真技术，把空中客车的试制周期从4年缩短为2.5年。CORVIDS则通过虚拟现实环境实现产品或实体的概念形状设计。在电子产品的研制中，虚拟样机技术也得到了应用。如芬兰VTT电子公司研制成功了一个虚拟样机开发环境，包括创建、测试、修改、使用和维护虚拟样机的工具，并用以开发出移动电话的虚拟样机；美国MCC公司（微电子和计算机技术公司）推出了针对消费类电子产品的虚拟样机软件，可以连接产品仿真和产品实现，在验证产品概念功能正确的同时，迅速执行决策。Harris电子设计自动化公司认为，虚拟样机软件是对传统电子设计自动化工具（EDA）的补充，可以方便地将决策分析加入到设计过程中，使工程师以“Predict and Prevent”方式工作，该公司推出了针对PCB的虚拟原型软件Edanavigator可在设计早期通过对关键性能指标的快速反馈减少设计迭代次数。虚拟样机技术的成功应用，促进了专业化虚拟样机工具软件的开发。已成功应用于大型工程项目中的样机软件包括，罗斯-罗伊斯公司在引擎制造及维护可行性评估中所使用的ISS虚拟现实试验检测器，波音公司在Boeing 777设计中应用的高性能工程可视化系统。目前，国内虚拟样机技术的研究尚处于起步阶段，主要是对虚拟样机概念和结构的研究，对虚拟样机要求的相关技术，如数据库技术、CAD/CAM技术、网络技术、分布交互仿真技术等已有一定的基础，但尚未发现支持虚拟样机的工具与环境，与国际先进水平还有较大差距。西北工大分析了基于虚拟样机的系统仿真技术。北京航空航天大学分析了虚拟样机在控制系统中的应用，阐述了构筑虚拟样机所需的应用技术。国防科技大学计算机研究所在“九五”预研项目“电子设备虚拟样机并行设计环境”（1996年-2000年）和国家863计划项目“协同虚拟样机技术研究”（1998年-2000年）经费支持下，对虚拟样机集成框架技术、虚拟样机建模技术、虚拟样机仿真技术等进行了深入研究。清华大学、上海交大和西安交大在相关的虚拟制造技术方面进行了一些有价值的研究，但尚未构造出应用系统。清华大学国际CIMS工程研究中心提出了一个虚拟制造体系结构，给出了基于产品的数据管理集成的虚拟制造、虚拟生产、虚拟企业框架结构，并在剑杆织机的虚拟产品可视化、虚拟装配及虚拟机床方面进行了一些研究。清华大学提出的未来虚拟样机支撑环境如图3-1所示4243。上海交大CIM研究所提出的虚拟制造系统的5层结构，即界面层、控制层、应用层、活动层、数据层，并对实施虚拟制造技术中的一些关键技术，如智能设计、可制造性自动分析、产品/工艺/生产模型、分布式制造和设计等进行了分析和研究。西安交大CAD/CAM研究所提出了虚拟制造的概念和关键技术。总之，构筑虚拟样机系统需要多种相关技术的支持，需要结合多学科的人才共同进行开发与设计，在我国还是一个崭新的领域，需要进行大量研究。图3-1 未来的虚拟样机支撑环境 虚拟样机技术的发展与障碍与虚拟样机相关的基础技术和标准发展很快，部分技术己趋于成熟40：虚拟样机的许多领域中都存在商业软件包，如众多的CAD/CAM产品、支持各种工程分析的CAE产品、3D制造分析工具、群件产品、面向对象编程语言和面向对象数据库。这些工具种类繁多，功能齐全，有助于虚拟样机环境的快速创建；行业伙伴们正致力于改善标准以提高各系统之间的互操作能力，如PDES组织正致力于开发STEP标准以支持CAD系统之间的数据交换；OMG正致力于CORBA的开发，确保各种工具之间的互操作；使能技术正逐步完善。网络速度有大幅度提高，网络和数据安全也己受到密切关注。虚拟样机技术研究中还存在一些技术障碍：缺乏公共的、标准的虚拟样机基础结构定义；商业标准不成熟且发展缓慢；安全技术成为虚拟样机特别是协同虚拟样机技术的潜在障碍；头盔现实和手套等可感知的反馈设备显得十分庞大而且不舒适；图形软件特别是VR系统的数据模型没有包括产品结构和物理特性的描述属性；必须为人类工程学提供更加精确和逼真的人类行为动画；网络带宽是虚拟样机深入实现的一个潜在技术问题。3.3 基于接口的多领域协同仿真多领域建模（multi-disciplinary modeling）是将来自于机械、控制、电子、液压、气动和软件等多个不同学科领域的模型“装配”成为一个更大的仿真模型，以用于仿真。当多领域建模完成以后，不同学科领域的模型需要相互协调，共同完成仿真运行，即协同仿真运行43。复杂产品的多领域建模，根据实际需要，既可以将不同领域的仿真模型零件（parts）组装成仿真模型部件（components），也可以将不同领域的仿真模型部件组装成仿真模型子系统（sub-systems），还可以将不同领域的仿真模型子系统组装成为仿真模型系统（systems）。多领域建模与协同仿真运行对于完整研究复杂产品行为具有重要的意义。3.3.1 基于接口的多领域建模方法基于接口的多领域建模方法，首先采用某领域商用仿真软件进行该学科领域的建模，然后利用各领域商用仿真软件之间的接口实现多领域建模，原理如图3-2所示。当基于接口的多领域建模完成之后，即可利用通常所说的“协同仿真运行”（co-simulation running），获取仿真运行结果。目前已经有一些商用仿真软件支持多领域建模。典型的有机械多体动力学仿真软件ADAMS，其提供了与控制系统仿真软件MATLAB/Simulink、MATRIXx的接口，通过接口实现机械多体动力学与控制的多领域建模。图3-2 基于接口的多领域建模3.3.2 基于接口的协同仿真运行当利用基于接口的多领域建模方法完成复杂产品多领域仿真建模之后，通常需利用各领域商用仿真软件提供的基于接口的协同仿真运行功能，实现不同领域商用仿真软件建模获得不同模型之间的协同仿真运行，原理如图3-3所示。这些不同领域仿真模型在仿真离散时间点，通过进程间通信（Interprocess Communication，IPC）等方法进行相互的信息交换，然后利用各自求解器（solver，也称为积分器）进行求解，以完成整个系统的仿真运行。图3-3 基于接口的协同仿真运行3.4 基于虚拟样机与协同仿真技术的商品化软件MSC.ADAMS3.4.1 ADAMS软件简介ADAMS，即机械系统动力学自动分析4446（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems），该软件是美国MDI公司（Mechanical Dynamics Inc.）开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。本章将以Windows 2000版的ADAMS l2.0为蓝本进行介绍。3.4.2 ADAMS软件组成模块ADAMS软件由基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱5类模块组成，如表3-1所示。用户不仅可以采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且可以采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。表3-1 ADAMS软件模块基本模块用户界面模块ADAMSView求解器模块ADAMSSolver后处理模块ADAMSPostprocessor扩展模块液压系统模块ADAMS/Hydraulics振动分析模块ADAMS/Vibration线性化分析模块ADAMS/Linear高速动画模块ADAMS/Animation试验设计与分析模块ADAMS/Insight耐久性分析模块ADAMS/Durability数字化装配回放模块ADAMS/DMU Replay接口模块柔性分析模块ADAMS/Flex控制模块ADAMS/Controls图形接口模块ADAMS/ExchangeCATIA专业接口模块CAT/ADAMSPro/E接口模块Mechanical/Pro专业领域模块轿车模块ADAMS/Car悬架设计软件包Suspension Design概念化悬架模块CSM驾驶员模块ADAMS/Driver动力传动系统模块ADAMS/Driveline轮胎模块ADAMS/Tire柔性环轮胎模块FTire Module柔性体生成器模块ADAMS/FBG经验动力学模型EDM发动机设计模块ADAMS/Engine配气机构模块ADAMS/Engine Valve train正时链模块ADAMS/Engine Chain附件驱动模块Accessory Drive Module铁路车辆模块ADAMS/RailFORD汽车公司专用汽车模块ADAMS/Pre（现改名为Chassis）工具箱软件开发工具包ADAMS/SDK虚拟试验工具箱Virtual Test Lab虚拟试验模态分析工具箱Virtual Experiment Modal Analysis钢板弹簧工具箱Leaf spring Toolkit飞机起落架工具箱ADAMS/Landing Gear履带/轮胎式车辆工具箱Tracked/Wheeled Vehicle齿轮传动工具箱ADAMS/Gear Tool 本章小结较系统地论述了虚拟样机技术的概念、发展历程、国内外的研究和应用现状以及发展中的一些障碍，简单介绍了基于接口的多领域建模与协同仿真运行的内容，并对基于虚拟样机与协同仿真技术的商品化软件ADAMS作了简要介绍。4 基于Matlab/Simulink的冷轧机液压辊缝监控系统的建模与仿真冷连轧机液压辊缝监控系统有两种典型的控制方式47，即位置控制方式和轧制力控制方式。本章针对本钢冷轧厂1676mm四机架冷连轧机液压辊缝监控系统，分析第四机架在轧制力控制方式下的动态特性。该系统主要由PI控制器、伺服放大器、伺服阀、阀控液压缸及辊系负载和轧制力传感器等构成。其控制系统的方块图可用图4-1表示。图4-1轧制力控制方式下液压辊缝监控系统方块图4.1 HGC系统建模为进行系统的动态分析及PI控制参数的优化，首先要建立各个环节的数学模型，并推导其传递函数。4.1.1 PI控制器 1676mm冷连轧机HGC系统控制器采用PI调节器，其传递函数可表示为： （4-1）式中比例系数；积分常数。4.1.2 伺服放大器伺服放大器由加法器和信号放大器组成，其作用是接受指令信号与反馈信号加以比较，得出误差信号后放大成具有一定驱动功率的控制电流，加到电液伺服阀的线圈上。伺服放大器一般视为一个纯比例放大环节，其传递函数为： （4-2）由于伺服阀马达线圈采用串联，当伺服阀放大器输入电压为时，输出电流为,其差动电流为。所以伺服放大器的增益为：故：4.1.3 电液伺服阀从控制的角度，伺服阀本身便是一个颇为复杂的闭环系统。尽管通过分析并经适当简化后的伺服阀传递函数可能高于二阶，但从实测的伺服阀动态特性曲线可以看出，起主导作用的是一对复数极点48。因此从实用角度，工程上一般用下列传递函数来描述流量型伺服阀的特性，即 （4-3）式中 伺服阀的阻尼系数，一般为0.50.7，这里取值为0.7； 伺服阀增益，；伺服阀固有角频率，。由该伺服阀的说明书可知：当，时，空载流量当油源压力为（实际所测得伺服阀的前供油压力），额定电流为时，故：4.1.4 阀控液压缸及辊系负载实际轧机机座及辊系系统是一个复杂的多自由度质量分布系统101112。1676mm冷连轧机为四辊轧机，其辊系按照所研究的问题可建立多自由度质量分布负载模型。 辊系负载模型图4-2 轧机两自由度辊系负载模型为便于分析，可将立柱、横梁和活塞作为一个质量体系，将上支撑辊和上工作辊作为一个质量体系，将下支撑辊和下工作辊为另一质量体系，忽略轧件的质量，将轧机辊系负载系统简化为两自由度弹簧质量系统，如图4-2所示。（图中 轧机上辊系等运动部件的等效总质量；轧机下辊系运动部件的等效总质量；油缸及上辊系等运动部件的粘性系数；轧机立柱中部至上横梁的等效刚度；下辊系运动部件的粘性系数；轧机立柱中部至下横梁的等效刚度；上下工作辊与轧件在轧制力作用下的等效阻尼系数；上下工作辊与轧件在轧制力作用下的等效刚度；油缸输出的轧制力；轧机上辊系位移；轧机下辊系位移。）（4-4）（4-5）式中 作用在上辊系上的其它负载； 作用在下辊系上的其它负载。图4-3 单自由度辊系负载模型为了求解系统的弹性负载刚度，以上建立的两自由度辊系负载模型仍可以继续简化。由于轧机下辊系的变化量要比上辊系的变化量小的多，即下辊系的等效刚度要远大于上辊系的等效刚度，所以可使用集中质量法将模型简化为单自由度弹簧质量系统（见图4-3）。这里令，为和的阻尼系数之和，为和的综合刚度，且。本钢1676mm冷连轧机液压辊缝监控系统的液压压下缸为缸动、杆不动的单作用式液压缸。液压缸的杆固定在机架上，当压力油进入液压缸后，液压缸动作，实现压下。 该模型中负载惯性质量为两个液压缸、支撑辊、工作辊及其轴承座的质量总和。为压下量，即可看成是液压缸活塞移动的距离。弹性负载刚度 （4-6）式中：轧机机架纵向刚度； 轧件的塑性变形系数。 阀控液压缸基本方程 伺服阀流量方程为： （4-7） 式中：进入油缸的流量，即负载流量；由阀芯移动所产生的流量；伺服阀的流量压力系数；液压缸的工作压力； 伺服阀的流量增益； 阀芯位移。 油缸的流量方程为： （4-8） 因此式（4-8）的拉氏变换为： （4-9） 忽略了其它干扰负载，油缸的运动方程为： （4-10） 因此式（4-10）的拉氏变换为： （4-11） 由式（4-9）和式（4-11）求得 （4-12） 式中：液压缸活塞面积； 从伺服阀出口到液压缸高压腔的油液容积之和； 液压油体积弹性模数； 油缸泄漏系数； 系统阻尼系数（由机架侧壁摩擦及油缸中活塞与缸体摩擦决定）。 由式（4-7）和式（4-12）求得阀控缸轧辊的方块图见图4-5：图4-5 阀控缸轧辊传递函数方块图由方块图求得液压缸的闭环传递函数为： （4-13） 将上式变换，可得：（4-14） 式中：总的流量压力系数， 负载弹簧系统无阻尼自振频率， ； 负载弹簧系统阻尼比， ； 惯性环节转角频率，； 油液弹簧刚度， ； 二阶振荡环节无阻尼自振频率，； 油液弹簧无阻尼自振频率，； 振荡环节阻尼比， 。 又因为 （4-15） 由式（4-14）和式（4-15）求得液压缸的传递函数为： （4-16）仿真所需主要参数计算如下：(1) 负载质量和移动质量计算1676mm冷轧机辊系参数，见表4-1：表4-1 1676mm冷轧机主要负载质量（单位：T）液压缸支撑辊工作辊轴承座工作辊轴承座 支撑辊轴承座1.3上下324.74.8传动侧1214操作侧1415上辊系装配质量：上支撑辊装配质量上工作辊装配质量液压缸质量故 负载质量移动质量（2） 弹性负载的综合刚度确定（3） 总的流量压力系数，（其中）式中油缸泄漏系数，1676mm冷连轧机压下油缸的泄漏系数为；伺服阀阀口梯度；伺服阀阀芯直径，采用Moog760的阀芯，；伺服阀阀套与阀芯间隙，取；液压油的绝对粘度，（其中40时液压油的运动粘度，取40时液压油的密度，取）； （4） 惯性环节转角频率，（其中，1676mm冷轧机伺服阀至油缸工作腔包容的压力油体积）。（5） 系统阻尼系数 与移动质量成正比47,宝钢2030mm冷连轧机的移动质量为86304Kg，其系统阻尼系数，1676mm冷连轧机移动质量为61100Kg。故其系统阻尼系数为：（6）二阶振荡环节无阻尼自振频率（7） 振荡环节阻尼比故 4.1.5 轧制力传感器 轧制力传感器一般为比例环节，其传递函数为： （4-17）轧制力传感器的反馈系数，1676mm冷轧机使用的轧制力传感器取为。4.1.6 系统开环传递函数 （4-18）其中。4.2 HGC系统动态特性分析4.2.1 系统仿真所需主要参数根据现场采集的数据及应用类比法确定仿真所需的各参数，如表4-2、4-3、4-4所示。表4-2 1676mm冷连轧机技术参数轧机规格（mm）支撑辊尺寸（mmmm）工作辊尺寸（mmmm）1676表4-3 液压系统主要技术参数缸径（mm）杆径（mm）压力（bar）行程（mm）260130表4-4 仿真主要参数（单位：以国际单位制表示）0.0040.1086280.70.50269.910-125.4510-3744.90.1871.510-62.8310871080.02611001.71074.2.2 HGC系统动态特性的频域与时域分析图4-6 基于SIMULINK的模型动态结构图常用的分析液压辊缝系统动态特性的方法包括频域响应法和时域阶跃响应法。本文使用频率响应和时域阶跃响应相结合的方法综合评估1676mm冷连轧机液压辊缝监控系统的动态特性。稳定性是系统正常工作的必要条件，本文借助Matlab/Simulink软件，参照图4-6所示的控制系统的方块图，编制了HGC系统的动态特性仿真程序，得到了图4-7所示的系统伯德图和阶跃响应曲线。由图可见，当650，0.02时，系统的超调量为25%，上升时间为7.84ms，调整时间为58.3ms。HGC系统在轧制力控制方式下的上升时间49为8ms,调整时间为20ms，可知本钢1676mm冷连轧机液压辊缝系统是稳定的且响应速度也很快。 由图4-7还可得到该系统的幅值裕量=16.5dB，相位裕量=52deg，可见系统的相对稳定性也很好。图4-7 650，0.02时系统的伯德图和阶跃响应曲线4.3 影响HGC系统动态特性的因素影响液压辊缝监控系统动态特性的因素有很多474951（如伺服阀响应频率、油缸固有频率、泄漏系数、油液温度、PI控制参数等）。本节主要分析伺服阀响应频率、油缸固有频率和PI控制参数对液压辊缝系统动态特性的影响。4.3.1 伺服阀响应频率的影响当伺服阀响应频率为400、500和600 rad/s时，分别计算幅值裕量和系统阶跃响应的超调量，结果如表4-5所示。由表中数据可知，随着响应频率的增大，在增大，在减小。因此应用中选择响应频率高的伺服阀，可提高系统的响应特性。表4-5 不同伺服阀响应频率值下的系统性能指标（rad/s）（dB）（%）400123750014.329.2600.2 油缸固有频率的影响本钢冷轧机液压辊缝系统油缸的固有频率为522.5rad/s，运行以上仿真程序，可得不同油缸固有频率值下的幅值裕量如表4-6所示。 通过表4-6可以看出，增大，幅值裕量也增大，系统的动态响应速度变快。由于油缸固有频率是液压辊缝监控系统各环节中频率最低的。所以加大，可以提高系统的响应速度。由公式：也可看出，增大油缸的有效工作面积、减小伺服阀至油缸工作腔的体积都可以达到加大的效果。表4-6 不同油缸固有频率值下的幅值裕量 （rad/s）400500600 （dB）15.616.5 PI控制参数的影响1676mm冷连轧机液压辊缝系统使用PI调节器，通过在线调节、参数值使系统获得较好的动态品质。 利用4.2.2节建立的仿真模型，做出了不同、取值对液压辊缝监控系统时域和频域各性能指标（上升时间、超调量、调整时间、幅值裕量和相角裕量）的影响曲线如图4-8、图4-9所示。 图4-8 0.02时，不同值对系统各性能指标的影响曲线 图4-9 650时，不同值对系统各性能指标的影响曲线 从图4-8可以看出，当500后，系统各性能指标变化不大，而从图4-9可以看出，除了调整时间，系统其它性能指标变化均较小。结合、参数取值范围47，可知1676mm冷轧机HGC系统PI调节参数的大致范围为500，0.020.1。当为650，为0.025左右时，上升时间为8.28ms，超调量为21.7%，调整时间为69.2ms，幅值裕量为16.7dB，相角裕量为56.1deg，压下系统动态特性达到最优。本章小结建立了本钢冷轧厂1676mm四机架冷连轧机液压辊缝监控系统的模型。利用现场采集的数据，对在轧制力工作方式下液压辊缝监控系统的动态特性进行了仿真，确定该系统是稳定的；通过分析影响液压辊缝系统动态特性的因素找出了提高系统动态特性的途径，并寻得了第四机架轧制力工作方式下最优的PI调节参数。5 基于ADAMS/Vibration的冷轧机垂直振动模型的研究5.1 轧机垂直振动简化模型分析轧机垂直振动时，通常根据研究的目的和精度要求，可将其简化为四自由度、五自由度和六自由度系统。考虑到1676mm冷轧机上、下辊系并不完全对称，尤其是上支撑辊与上横梁间有液压压下油缸，刚度比下支撑辊与下横梁间的刚度小很多，所以将机架简化为六自由度不对称质量弹簧系统4754（如图5-1所示），可以得到更符合实际情况的仿真结果。同时，为了使振动模型体现振动过程的实质，需要考虑振动中带钢的变形对轧机刚度的影响。图5-1六自由度不对称质量弹簧系统（图中 机架立柱及上横梁的等效刚度；上支撑辊中部至上横梁中部的等效刚度（包括油缸油膜刚度、上支撑辊轴承刚度、轴承座刚度及上支撑辊弯曲刚度）；上工作辊与上支撑辊之间的弹性接触刚度；上、下工作辊以及带材之间在轧制力作用下的等效刚度；下工作辊与下支撑辊之间的弹性接触刚度；下支撑辊中部至下横梁中部的等效刚度下横梁的弯曲等效刚度；机架立柱及上横梁的等效质量（包括油缸）；上支撑辊及其轴承、轴承座的等效质量；上工作辊系的等效质量；下工作辊系的等效质量；下支撑辊及其轴承、轴承座的等效质量；机架下横梁的等效质量。）5.2 轧机系统各部分等效质量和等效刚度的计算等效质量和等效刚度决定了轧机系统的固有频率，它们的计算精度如何直接影响系统固有频率的正确与否47。一般按照能量守恒的原则计算等效质量和等效刚度。 按照能量守恒原则：对于没有能量耗散的系统，在任一时刻机械能保持恒定，即在此系统产生振动时它的最大动能等于它的最大势能。设和分别代表具有分布质量和集中质量共同作用的梁上某点i的等效质量和等效刚度，和为该点在振动过程中的最大速度和最大位移，为振动圆频率，则等效质量和等效刚度为：（5-1）（5-2）本文使用MATLAB语言编程（程序代码见附录B），求解了1676mm冷连轧机机座各部分的等效质量和等效刚度以及机座的综合刚度，求解结果如表5-1、5-2所示：表5-1 各部分等效质量（单位：T）95527.67.65225表5-2 各部分等效刚度（单位：MN/mm）10.87.3150.891.3150.811.5107.32.86目前本钢冷轧厂冷连轧机组采用的是固定刚度控制，实测机架纵向刚度值为5MN/mm，即500T/mm，其机架一侧的刚度为250T/mm，这与简化模型求解结果近似，证明对于研究轧机垂直振动问题，六自由度不对称质量弹簧系统与实际轧机系统具有较好的一致性。5.3 使用Pro/Engineer和Mechanical/Pro实现的轧机垂振模型 ADAMS内建的实体造型功能并不适合于复杂三维几何的构建，它以三维CAD专业造型软件当作几何前处理器，通过ADAMS/Exchange输入CAD几何模型文件是最直接、有效的做法。将3D CAD模型输入到ADAMS的流程图如图5-2所示。图5-2 输入3D CAD模型到ADAMS流程图5.3.1 ADAMS软件接口模块Pro/E接口模块（Mechanical/Pro）Mechanical/Pro3750是连接Pro/E与ADAMS之间的桥梁。二者采用无缝连接的方式，使Pro/E用户不必退出其应用环境，就可以将装配的总成根据其运动关系定义为机构系统，进行系统的运动学仿真，并进行干涉检查、确定运动锁止的位置、计算运动副的作用力。Mechanical/Pro是采用Pro/Develop工具创建的，因此Pro/E用户可以在其熟悉的CAD环境中建立三维机械系统模型，并对其运动性能进行仿真分析。通过一个按键操作，可将数据传送到ADAMS中，进行全面的动力学分析。5.3.2 Pro/E和ADAMS的连接本小节以ADAMS 12.0和Pro/Engineer 2001为例，简单介绍一下两个软件的连接方法。（1）正确安装两个软件，使其都可以正常运行； （2）将ADAMS安装目录mechpro目录中的文件mechpro.env拷贝到Pro/E安装目录i486_ntobj子目录下； （3）用上述mechpro目录下的文件protk.dat 覆盖Pro/E安装目录i486_nttextusascii子目录下的同名文件； （4）运行Proe，在装配模式下，菜单中会出现MECH/Pro选项，这时就可以调用ADAMS进行机构分析了。5.3.3 输出ADAMS数据文件流程（1）3D 造型（见图5-3）；（2）定义刚体；（3）定义约束条件；（4）定义运动驱动器；（5）定义仿真分析形式并执行仿真；（6）结果输出；（7）进一步分析。5.4 冷轧机机架垂振对板带厚度的影响分析冷连轧机的垂直振动（简称垂振）是造成带钢表面明暗条纹和带钢厚度波动的主要因素之一，国内外学者在该领域进行了很多卓有成效的研究工作。参考文献475253对大型冷轧机的两类垂振，即，第三倍频程颤振（120250Hz）和第五倍频程颤振（500700Hz）作了详细地论述，给出了轧机垂振的数学模型。本节主要使用机械系统动力学仿真软件ADAMS建立1676mm冷连轧机第四机架垂振的实验样机模型，并利用ADAMS/Vibration计算了模型的固有频率及其主振型。通过分析，揭示了轧机发生颤振现象与固有频率及主振型的关系，并针对1676mm 图5-3 ADAMS中建立的轧机垂振的虚拟样机模型轧机实际轧制过程可能出现的颤振现象设计了模拟颤振实验，提出增大液压辊缝系统的阻尼可以有效抑制轧机第三倍频程颤振对带钢厚度的影响。5.4.1 基于ADAMS/Vibration的机架垂直振动分析由图5-1可列出六自由度不对称质量弹簧系统运动微分方程：（5-3）写成矩阵的形式：（5-4）系统的质量矩阵；系统的刚度矩阵；系统的加速度列向量；系统的位移列向量。求解无阻尼多自由度系统自由振动固有频率与主振型可以转化为求解下列方程组的特征值和特征向量问题，即：（5-5）其中特征值（为系统固有频率），特征向量一般称为主振型或振型矢量。可见，对于六自由度振系，总能找到6个固有频率（或特征值）以及相应的6阶主振型（或特征向量）。使用ADAMS/Vibration的自由振动分析（Normal Modes Vibration Analysis）计算系统固有频率，求解系统各阶模态主振型，可以使用六自由度质量弹簧系统作为模型。振动为无阻尼自由振动，进行振动分析，得各阶模态对应的无阻尼自振圆频率，结果见表5-3。根据振动仿真动画，可截取各阶模态主振型图（如图5-4所示）。表5-3 仿真求解结果模态阶数无阻尼固有圆频率11.040833E+00121.686759E+00134.603965E+00147.483064E+00151.693439E+00262.381619E+002二阶振型一阶振型 三阶振型 四阶振型 五阶振型 六阶振型图5-4 系统无阻尼振动下各阶模态主振型根据振动仿真动画，还可描绘出各阶模态下系统各部分的振动方向，如图5-5所示（图中三角形表示同一时刻各部分的振动方向。尖指向上，向上振动；尖指向下，向下振动）。图5-5 1676mm轧机垂振的六阶模态主振型图5-6 2030mm轧机垂振的六阶模态主振型为了验证模型的正确性，这里利用宝钢2030mm冷连轧机作对比仿真实验，仿真与实测的结果，见表5-4。通过实测发现2030mm轧机发生振动时，存在两阶能量较高的频率成分47，分别为124Hz、600Hz，使用本文所建仿真模型求解的结果，第二阶和第六阶分别为125Hz、577Hz（见表5-4）；而且这两阶频率对应的振型恰好是两工作辊反向运动（见图5-6），符合轧机发生强烈颤振的特征，这就证明使用该模型求解大型冷连轧机的无阻尼自振圆频率是可行的。表5-4 宝钢2030mm冷连轧机仿真求解结果与实测结果对比模态阶数仿真所得无阻尼自振圆频率实测所得无阻尼自振圆频率3518.108672E+00181.0921.246167E+002 124.6231.634405E+002 163.4443.241712E+002 324.1754.348883E+002 434.8965.766092E+002 576.611676mm冷连轧机振动仿真求解的结果，第六阶为238HZ，该频率对应的振型恰好是两工作辊反向运动（见图5-5），符合轧机发生颤振现象的特征，这证明1676mm冷连轧机第四架有发生颤振现象的可能。5.4.2 轧机颤振对带钢厚度的影响及减振措施 轧机颤振对带钢厚度的影响在冷轧机中发生最频繁的有两种垂直振动47。对于大型四辊冷带轧机来说，第一种垂直振动的频率分布一般在120250Hz，由于处于第三频程范围内（128256Hz），有时也称之为第三频程振动。它会在带钢表面造成垂直于轧向的交替明暗条纹，往往还造成显著的带钢厚度波动，严重时甚至超过目标厚度的30%。第二种垂直振动的频率分布大都在500700Hz，有时也称之为第五频程振动（5121024Hz），这种振动会使上下支撑辊表面和带钢表面都出现明暗相间的条纹，但一般没有可测的变化。宝钢2030mm冷轧机1990年高速轧制薄规格板带时，原设计指标轧制速度为1900m/min，但在实际生产中，当速度到9001000m/min时，轧机发生强烈振动。本钢1676mm四机架冷连轧机原设计指标轧制速度为1000m/min，但通常都保持在700m/min左右，所以投产至今未出现过轧机振动现象。为了维持设备的最好的工作状态，通过分析2030mm轧机振动现象来研究1676mm轧机可能出现的振动现象并提出较好的减振措施是十分必要的。 减振措施一般轧机的颤振振源经确认往往在辊缝处首先发生47，所以在建立垂振实验模型时，可以假设辊缝处带钢中心有一个正弦波振源。因为是分析辊缝处的振动，所以采用七自由度质量弹簧系统（考虑带钢）。针对不同的振动问题往往有不同的减振措施，这里从系统阻尼对2030mm轧机第三倍频程颤振现象的影响来阐述。振动为无阻尼振动（系统默认阻尼值）时，第四架上、下工作辊振幅随频率变化的频响曲线如图5-6所示。从图中可以看到频率响应的幅值曲线由于系统模态固有频率造成的突变，尤其在低频区（120250Hz），能量比较集中，波动也比较明显。实际轧制过程中，轧机的垂振都是有阻尼振动，且轧机的阻尼主要取决于轴承座与机架侧壁的摩擦及油缸中活塞与刚体壁的摩擦等，其中液压缸处的阻尼较大，所以这里主要考虑液压压下系统的阻尼。已知2030mm冷连轧机液压压下系统的等效阻尼47为，再次进行振动分析，得到考虑液压系统阻尼时第四机架上、下工作辊振幅随频率变化的频响曲线，如图5-7所示。由图可见，低频区波动幅度明显减小，尤其是第一、三固有频率处降幅较大。可见通过增大液压压下系统的阻尼，可以降低甚至是避免轧机的第三倍频程颤振。 图5-6 系统无阻尼条件下，第四架上、下工作辊振幅随频率变化的频响曲线图5-7 有液压系统阻尼时，第四架上、下工作辊振幅随频率变化的频响曲线本章小结本章建立了轧机机架的垂直振动模型，通过比较和分析仿真计算结果与现场实测结果，证明将轧机机架的垂直振动问题简化为六自由度不对称质量弹簧系统来研究本钢1676mm冷连轧机第四架的颤振现象是可行的，并针对可能出现的颤振现象，通过模拟振源的仿真实验，证明增大液压压下系统的阻尼可以有效地抑制这种颤振。6 HGC系统的机械、液压、控制领域的虚拟样机建模与协同仿真 单机架冷轧机HGC系统虚拟样机的完成需要将不同学科专家在不同的软件平台上协同工作生成的不同格式的数据、模型集成为有机联系的整体。主要工作包括轧机执行机构实体模型的虚拟装配，建立轧机机械系统模型；轧机机械系统与液压系统、控制系统模型的集成。系统间的集成通过基于接口的系统状态参数的传递来实现。6.1 基于ADAMS/Hydraulics的冷轧机HGC系统机械、液压模型的集成方法研究本节将基于ADAMS/Hydraulics环境，在第5章建立的冷轧机单机架机械系统模型的基础上，虚拟集成液压系统模型，创建完成的HGC机械、液压系统样机模型，并对其进行验证。6.1.1 液压系统虚拟样机技术与ADAMS/Hydraulics简介随着工业技术的发展，液压系统愈来愈复杂，应用也越来越广，对液压系统的稳定性和可靠性的要求也越来越高，设计的周期要求越来越短，传统的液压系统设计和分析方法受到了严重的挑战。而计算机硬件和软件的发展与普及，使得虚拟样机技术逐渐成为解决这一问题强有力的工具和手段。应用虚拟样机技术可以在计算机上对液压系统进行虚拟装配获得虚拟样机，并对其进行仿真分析，可使设计人员在各种虚拟环境中真实的模拟液压系统的工作状况，快速分析各种设计方案。帮助设计人员完成以前需经制作数次物理样机才能完成的仿真实验，快速获得系统级的优化设计方案。显然，运用虚拟样机技术，一方面可以节约人力和资金，降低产品成本，避免不必要的浪费；另一方面也可以缩短设计周期，并提供设计质量可靠的系统。液压系统虚拟样机技术56是利用目前所具有的CAD建模技术，融合先进的液压仿真技术，在计算机上建立液压系统虚拟模型，并对液压系统的动、静态特性进行预测和研究，从而实现对液压系统的优化和设计方案评估的一种技术。液压系统虚拟样机应具有以下几个功能：首先是能够建立液压系统的模型，以及液压回路与机械系统之间相互作用的模型，并可以在计算机里设置系统的各种运行特性；其次虚拟样机能够对己经建立的虚拟系统进行各种静态、模态、瞬态分析，如液压系统峰值压力和运行压力、液压系统滞后特性、液压系统控制、功率消耗等；最后虚拟样机所采用的建模方法必须合理、可靠，仿真分析结果准确。建立液压系统虚拟样机的一般步骤是：进行系统描述建立系统模型进行模型验证仿真寻优重复模型研究建立虚拟样机模型进行仿真。液压系统虚拟样机模块（ADAMS/Hydraulics），是ADAMS软件的扩充模块之一，能够同机械系统模块很好的耦合，建立和测试液压系统虚拟样机，实现在计算机上对液压系统的动、静态特性分析仿真。ADAMS/Hydraulics主要的功能及特点44如表6-1所示。表6-1 ADAMS/Hydraulics的功能及特点功能特点液压系统建模器方便的液压回路图形建模能力液压元件库包括30多种最常用的液压驱动元件，采用柔性建模方式，有助于减少用户对不同种类元件的需求开放式建模环境用户可以扩充液压元件库，自行设计专用元件强大的求解功能液压动力学方程与系统机械方程组完全耦合，充分发挥积分器的解算效率完善的分析功能支持ADAMS的全部分析模式静力学、准静力学、模态和动力学分析参数化液压元件以及液压与机械元件的各种组合方案均可采用设计变量、试验设计、设计研究和优化等技术同一模型多个液压驱动回路多个独立的液压驱动回路，完整而精确地观察虚拟样机的性能液压系统一般是由动力元件、执行元件、控制元件、工作介质和辅助装置组成的。液压系统各部分组成一个有机联系的整体。在ADAMS/Hydraulics环境中建立虚拟样机，可以直接在ADAMS/View 中建立液压系统回路的框图，然后通过液压驱动元件（如液压缸）将其连接到机械系统模型中，最后选取合适的求解器分析整个系统的功能。另外利用ADAMS的二次开发功能，可以编制用户自定义模块，这就方便了不同用户的需要。在ADAMS系统中建立液压系统虚拟样机的步骤如下2756：（1）在ADAMS环境中建立机械模型（或输入已建立好的模型），并进行环境设置。如重力加速度、单位设置等；（2）预备分析。在建立液压回路前，需在模型上添加运动来驱动机械系统，主要是对液压系统作用的机械系统进行动力学分析，从而获得基本的数据；（3）建立液压回路。该工作是在ADAMS/Hydraulics 环境中进行，主要内容包括设置Hydraulics环境参数，创建流体（液压油），创建油箱和压力源，创建控制阀、液压缸、三通联接器等，并将上述液压元件按指定的液压回路联接。然后将液压驱动与机械模型虚拟集成到一块，分析液压系统与机械系统的相互作用，并进行动力学仿真分析，具体步骤参考图6-1；（4）模型检验。选择分析项目，检验模型并绘制曲线图。图6-1 HGC系统液压模型的设计步骤6.1.2 液压辊缝监控系统的工作原理及模型简化HGC系统由安装在机架两侧的两个压下缸实现。每一个压下缸有一个伺服阀驱动，并且安装有一个位置传感器和一个压力传感器。第一机架到第三机架工作在位置闭环模式下，第四机架也可以工作在压力闭环模式下。压下系统的泵站有3个限压（恒压）式变量泵并联提供305bar的压力油，3个变量泵中有一个是备用的，每一个变量泵出口并联一个先导式溢流阀，先导式溢流阀的远程供油口经过一个两位两通的电磁换向阀与油箱相连。工作状态时，电磁换向阀截止，溢流阀远程控制口不与油箱接通，溢流阀起安全阀的作用，其调定压力为310bar，当电磁换向阀线圈得电换位，溢流阀远程控制口与油箱接通时，泵出口与油箱接通，主油路卸荷。主油路分两路，一路直接通过伺服阀与油箱连通，另一路经过减压阀减压至180bar后与伺服阀的控制油口连通，仅供伺服阀使用。HGC系统的组成：限压（恒压）式变量泵、溢流阀、蓄能器、电液伺服阀、电磁换向阀、减压阀。蓄能器起瞬时快速供油，吸收压力脉动的作用。电液伺服阀根据上位计算机输入的电压信号改变阀芯的位置，即阀口的面积，调节流量。液控单向阀CR3常态时压力油不能从液压缸流回油箱，当电磁换向阀线圈得电，使得伺服阀出口的压力油与液控单向阀的控制口接通，液控单向阀可以双向自由流通，压力油可以从液压缸流回油箱。当需要压下上支撑辊时，伺服阀SV101工作，电磁换向阀H01线圈不得电，保持左位，压力油进入液压缸无杆侧，且不能与液控单向阀的圆孔口接通，使得压力油液压缸的无杆侧不能与油箱接通，液压缸推动上支撑辊的轴承座向下运动。液压缸是单作用式的，即当液压杆伸出后，只能靠外力使其恢复。在上支撑辊的轴承座下面每一个机架有4个平衡缸，每一侧两个支撑。当需要抬起压下缸时，是在平衡缸向上抬的作用下实现的。当平衡缸向上抬起压下缸时，伺服阀SV101工作，电磁换向阀的线圈得电，使得压力油进入液压缸的同时，使液控单向阀双向自由流通，压力油从油缸流回油箱，液压缸卸荷。当特殊需要清理管路时，可以使电磁换向阀得电，液控单向阀可双向流通，压力油进入液压缸后直接流回油箱，达到清理管路的目的。为了便于建立液压系统模型，根据1676mm冷轧机第四机架液压辊缝监控系统图（见附录C），将机架一侧液压回路作适当简化，可得如图6-2所示的HGC系统原理图。6.1.3 1676mm冷轧机液压辊缝监控系统虚拟样机1676mm冷连轧机HGC系统的压下缸为缸动、杆不动的单作用式液压缸，液压缸压下后靠平衡缸系统使其恢复。考虑到平衡缸系统与压下系统使用两套不同的泵站，且本文论述的重点不在平衡缸系统，故将实际的单作用式液压缸，等效为双作用式液压缸来处理，以实现实际生产中压下和抬辊的操作。液压系统的建模过程如下：（1）设置液压环境图6-2 HGC系统简图打开第5章建立的虚拟样机模型，解除运动仿真时所加的运动驱动，从插件管理器中选择加载ADAMS/Hydraulics模块，设置模型单位及所在液压环境，参数如图6-3、6-4所示。图6-3 液压系统单位设置图6-4 液压系统环境设置 （2）创建液压元件为了便于液压元件的定位，根据需要应先设置网格（大小750mm、间距20mm），在图中没有物体的地方建立液压框图。建立液压元件：液体（Fluid）、压力源（Pressure Source）、伺服阀（Servovalve4/3）、背压阀（Counter Balance Valve with Pilot）、单向阀（Check Valve）、液压缸（Cylinder2）。在设置模型参数时，要注意ADAMS/Hydraulics中对液压元件所作的一些假定，如对液压缸就有如下假定27：液压缸计算两端点力由压力、摩擦力和缓冲力组成；液压缸的质量为零（如需要，可在机械部分描述）；液压缸刚体是柔性体；液压缸活塞杆为刚性；液压缸中液体是可压缩的，但无质量；活塞杆密封处无泄漏等。液压元件主要参数见附录D。 （3）连接液压元件打开液压模块的工具箱，将不同的液压元件连成液压回路，通过液压缸将液压系统与机械系统连接起来，组成一个完整的液压回路，如图6-5所示。 图6-5 ADAMS中建立的液压辊缝监控系统液压模型（4）模型运动学、动力学仿真 在仿真控制对话框（如图6-6）中，设置仿真时间为0.01s，仿真步数为100，类型为默认即可。这里以测量液压缸输出力（即轧制力）和机架弹跳曲线为例，通过对模型仿真结果的分析，来讨论液压系统对轧机刚度的影响。仿真结束后，使用测量工具或编辑函数获得所需的仿真结果，如图6-7、6-8所示（图中横轴为时间轴，单位为s；纵轴为相应的考察对象，长度单位为mm，力的单位为KN）。由图可知，系统在0.01s时，液压缸输出力为10280KN，机架弹跳为4.892mm，可得轧机机架刚度大概为210KN/mm，即210T/mm，若把液压缸压下力近似看作轧制力且机架包括辊系在轧制力下的变形也主要是机架的弹性变形，则与现场实测第四机架机架一侧刚度结果250T/mm大致相符。图6-7 液压缸输出力变化曲线图6-6 仿真控制对话框图6-8 机架弹跳曲线图6-9 实际辊缝开口变化曲线6.1.4 样机模型的验证为了验证所建模型的正确性，选择1676mm冷轧机第四机架（末架）辊缝处为研究对象。设初始辊缝设定值为40mm，伺服阀开口控制函数为STEP(time,0,0,0.1,1)，伺服阀阀前压力为1.5e+004*sin(10*pi*time)，仿真得辊缝开口变化曲线如图6-9所示。 从图6-9可以看出，进入稳定轧制阶段后，第四架辊缝值的变化量在00.7之间波动，可知辊缝的相对变化量在1%左右，若认为轧机实际辊缝的大小等于带钢的出口厚度，则模型所得带钢出口厚度偏差为1%，而由现场监控系统获取的轧机第一、第二和第四机架出口厚度偏差图（见图6-10）中可以看出第四架在进入稳定轧制阶段，出口的厚度偏差大致保持在1%左右的范围内，由此可知液压系统虚拟样机与实际轧机所得结果几乎完全吻合，这就证明以上所建立的1676mm冷连轧机液压辊缝监控系统的液压模型是准确的，模型简化也是合理的。J2J1J4图6-10 1676mm冷连轧机第一、第二和第四机架出口厚度偏差 6.2 基于ADAMS/Controls的冷轧机HGC系统机、液、控制模型协同仿真方法研究6.2.1 机、液、控制模型协同仿真方法介绍ADAMS软件提供了两种对机、液、控制模型进行协同仿真分析的方法2945。一种是利用ADAMS/View的控制工具箱。控制工具箱提供了简单的线性控制模块和滤波模块，可以方便地实现前置滤波、PID控制和其它连续时间单元的模拟仿真。对于一些简单的控制问题，利用ADAMS/View的控制工具箱，可以直接在ADAMS/View样机模型中添加控制模块，完成机、液、控制模型的仿真分析。另一种方法是使用ADAMS/Controls模块。利用ADAMS/Controls模块，可以将机械、液压系统仿真分析工具同控制设计仿真软件有机地连接起来，实现以下功能：（1）将复杂的控制添加到机械、液压系统样机模型中，然后对机、液、控制模型进行协同仿真。（2）直接利用ADAMS程序建立控制系统分析中的机械、液压系统仿真模型，而不需要使用数学公式建模。（3）分析在ADAMS环境或者控制应用程序环境获得的机、液、控制联合仿真结果。ADAMS/Controls模块支持同EASY5、MATLAB、MATRIXx等控制分析软件进行协同仿真。6.2.2 ADAMS/Controls求解基本步骤借助于ADAMS/Controls模块，可以将ADAMS/View或ADAMS/Solver程序同其他的控制分析软件有机的连接起来，实现将复杂的控制引入ADAMS的机械系统虚拟样机，或者将ADAMS的机械系统虚拟样机作为一个机械系统模型引入控制分析软件，从而进行机电液一体化系统的协同仿真。使用ADAMS/Controls模块进行ADAMS程序和其他控制软件协同仿真的基本步骤如下：（1）构造ADAMS/View样机模型 使用ADAMS/Controls模块进行机电液一体化系统协同仿真时，首先应该构造ADAMS/View的机械系统样机模型，或者输入已经构造好的机械系统样机模型。机械系统样机模型中包括几何模型、各种约束和作用力等，构造的方法同以上介绍的构造纯机械系统ADAMS/View样机模型完全一样。（2）确定ADAMS的输入和输出 通过ADAMS/View或ADAMS/Solver中的信息文件或启动文件，确定ADAMS的输入和输出。这里，输出是指进入控制程序的变量，表示从ADAMS/Controls输出到控制程序的变量。而输入是指从控制程序返回到ADAMS的变量，表示控制程序的输出。通过定义输入和输出，实现ADAMS和其他控制程序之间的信息封闭循环。即，从ADAMS输出的信号进入控制程序，同时从控制程序输出的信号进入ADAMS程序。这里所有程序的输入都应该设置为变量，而输出可以是变量或者是测量值。（3）构造控制系统方框图 控制系统方框图是用EASY5、MATLAB、MATRIXx等控制程序编写的整个系统的控制图，ADAMS/View的机械系统样机模型被设置为控制图中的一个模块。（4）机电系统仿真分析 机电液一体化系统的机械系统和控制系统的协同仿真。6.2.3 利用ADAMS和MATLAB/Simulink对冷轧机HGC系统进行的协同仿真 1676mm冷轧机HGC系统控制简图 1676mm冷轧机HGC系统控制简图如图6-11所示。 确定ADAMS的输入和输出 （1）确定ADAMS的输入和输出流程HGC系统的机械、液压系统和其控制系统之间的输入和输出关系，如图6-12所示。从图中可以看到，控制系统向机械、液压系统输入伺图6-11 1676mm冷连轧机HGC系统控制简图服阀阀芯的开度，而机械、液压系统则向控制系统输入压力、流量、液压缸的缸位移和压下速度等变量值。通过确定如图6-12所示的输入和输出流程图，在以下几个方面为下一步的工作提供了方便：图6-12 ADAMS和MATLAB/Simulink的接口I. 确定ADAMS/View的输入与输出；II. 在控制软件（MATLAB/Simulink）中读入变量，然后进行仿真分析；III. 在ADAMS/View中对仿真结果进行回放，或者对仿真结果进行后处理；IV. 如果需要可以修改变量，然后重新进行仿真分析。（2）确定输入变量由于ADAMS/Controls模块和控制软件MATLAB/Simulink之间是通过相互传递状态变量进行信息交流的，因此必须将样机模型的输入和输出变量，及其输入和输出变量引用的输入和输出函数，同一组状态变量联系起来。（3）确定输入函数在输入函数中，引用输入变量。（4）确定输出变量确定输出变量的方法与输入变量相同。（5）定义ADAMS/Controls模块的输入变量在ADAMS/Controls模块中定义输入和输出变量，以便通过ADAMS/Controls模块同其它控制软件相连接。ADAMS/Controls模块将输入和输出信息保存在.m（Matlab程序）文件中，同时产生一个ADAMS/View命令文件（.cmd）和一个ADAMS/Solver命令文件（.adm），供协同仿真分析时使用。 HGC控制系统建模控制系统建模57的目的是建立一个机械、液压和控制一体化的样机模型，通过向ADAMS方框图中添加控制系统，实现控制系统的建模，控制系统方块图如图6-13所示。基本步骤如下：I. 启动控制程序MATLAB。II. 在MATLAB程序中，输入ADAMS模块。III. 在Simulink中，设置仿真参数。IV. 运用Simulink工具，进行控制系统建模。图6-13 控制系统方框图（1）启动控制程序MATLAB启动MATLAB，在命令输入提示符下，输入ADAMS/Controls模块所产生的.m文件。这里需要注意的是MATLAB的默认路径设置，须指向ADAMS/Controls模块生成文件目录。（2）输入ADAMS模块 在MATLAB中输入ADAMS模块的方法是：在MATLAB输入提示符下，输入adams_sys，显示adams_sys.mdl模型文件窗口，如图6-14所示，该模型文件包含了S-Fuction模块、State-Space模块和adams_sub模块。其中adams_sub模块代表机械、液压模型的接口，其子系统如图6-15所示。图6-14 adams_sys模块窗口图6-15 adams_sub模块子系统（3）设置仿真参数设置输出文件名，ADAMS/Controls模块输出的仿真结果将以.res，.req，.gra三种类型的文件存放。在仿真分析模式栏中选择discrete方式，在动画模式栏中选择interactive方式进行交互式仿真。这时仿真参数将单向传递，即机械液压模型将液压阀的开口度传递给控制系统模型，控制系统模型完成计算后再将结果传递给机械液压模型。 （4）HGC控制系统建模 打开Simulink建模窗口，将前面生成的adams_sub模块连同显示器一起拖入新建的窗口中，根据控制系统的具体需要，建立其它相关控制环节。这里的输入信号为阶跃信号。完成的HGC控制系统Simulink模型如图6-16所示。 协同仿真参数设置 ADAMS/Controls提供了几种ADAMS和控制系统仿真软件协同仿真的参数设置，以适应不同的仿真要求。可以设置的协同仿真参数主要包括：仿真方法参数、实时显示样机参数、初始化参数。（1）仿真方法参数 ADAMS/Controls提供了两种协同仿真方式262745：离散方式（Discrete）和连续方式（Continuous）。这两种方式都可以利用ADAMS软件或者控制系统仿真软件（EASY5，MATLAB，图6-16 集成机械、液压、控制系统的Simulink模型或MATRIXx），进行样机仿真分析。离散方式分别定义ADAMS软件的机械系统求解方程，以及控制系统仿真软件的控制系统求解方程。而连续方式定义控制系统仿真软件中的机械系统求解方程和控制系统求解方程。对于大多数协同仿真分析，离散方式通常是较有效的仿真方式。同连续方式相比，离散方式分析速度快，并且能够适用于复杂的样机模型。但是，如果控制系统的分析结果对ADAMS的机械系统产生很大的耦合影响，应该考虑采用连续方式进行协同仿真。例如，当样机必须采用非常小的步长进行仿真时，采用连续方式可能更合适。为了能够维持正常的机械系统动力学仿真分析，在离散方式下，对机械系统的采样频率至少应该5倍于机械系统有影响的最高频率45。如果采样步长不能达到机械系统最高设计频率的5倍，应该改用连续方式进行协同仿真分析，利用ADAMS/Linear模块可以确定机械系统最高设计频率。（2）实时显示样机参数 有两种实时显示样机的模式供选择，一种是交互模式，另一种是批量模式。在交互模式下，可以进行以下操作：I. 定义在ADAMS/View运行的仿真分析。II. 在协同仿真过程中，实时地显示样机的仿真结果。III. 可以暂停协同仿真，然后回放已经完成的仿真分析，或利用后处理软件对已经进行的仿真结果进行处理，绘制任何数据的变化曲线，以便能够仔细地观察和分析结果。IV. 可以检验当前的控制规律和参数值是否合适。批量模式采用定义ADAMS/Solver求解器的方式，如果在仿真分析过程中不需要实时显示仿真结果，可以考虑采用批量模式。（3）初始化参数 有两种初始化方式，即自动方式（Automatic）和人工方式（Manual）。这两种方式都可以在进行机械和控制系统协同仿真之前，添加和执行一些ADAMS/View或ADAMS/Solver命令。 基于协同仿真方法的PI控制参数寻优在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制58。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。其原理就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。 比例（P）控制是一种最简单的控制方式，其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。 积分（I）控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差影响取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。在现代大型冷连轧机中，存在着大量的PI控制器，本文所研究的1676mm冷连轧机HGC系统所使用的控制器就是PI控制器。由于该轧机控制系统的模块化设计，使得PI控制参数的获取就比较困难，本节将在建立的HGC系统虚拟样机平台上利用协同仿真方法获取该参数的大致取值范围，并在4.3.3节的基础上讨论PI控制参数对冷轧机HGC系统动态特性的影响。基于协同仿真平台的仿真实验：仿真平台：HGC控制系统Simulink模型（见图6-16）；仿真环境：MATLAB/Simulink；协同环境：ADAMS（见图6-17）；仿真手段：基于接口的机械、液压、控制系统的协同仿真；仿真对象：不同的PI控制参数下，HGC系统缸位移的阶跃响应；仿真目的：实现PI控制参数寻优；仿真参数设置：选择离散方式、交互模式；仿真结果：如图6-18、6-19所示。图6-17 协同仿真中的HGC系统虚拟样机图 6-18 0.04，50、100、150、200时，位置闭环下HGC系统的阶跃响应曲线图 6-19 100，0.01、0.05、0.1、50时，位置闭环下HGC系统的阶跃响应曲线 从图6-18、6-19中可以看出，当固定，变化时，在100至150之间，达到最大超调20%、上升时间为0.016s、调整时间为0.04s的系统位置控制方式下动态特性的最佳值49；当固定，变化时，在0.05至0.1之间，系统动态特性最优。这与大型冷连轧机PI控制参数的范围47（取值为0.912005；取值为0.010.08）大致相符，这也进一步证明了本文建立的液压辊缝监控系统的虚拟样机协同仿真平台所建模型的准确、可靠，从而也为下一步在此仿真环境中所从事的其它方面研究奠定了基础。本章小结在第5章建立的冷轧机单机架垂直振动系统模型的基础上集成液压系统模型，构成完整的HGC系统液压模型，对模型进行了运动学和动力学分析，并从辊缝的变化曲线出发验证了模型的正确性；在液压系统模型的基础上又集成了控制系统的模型，建立了完整的HGC系统虚拟样机，并通过运用协同仿真环境寻得了位置控制方式下PI控制参数较好的取值范围同时验证了样机模型的正确性。7 结论冷连轧机是现代化机电液一体化系统的典型代表，其仿真技术的研究对优化过程控制模型，降低系统改造的风险具有重要的意义。本文以本钢冷轧厂酸洗冷连轧联合机组中的1676mm四机架冷连轧机的液压辊缝监控（HGC）系统为研究对象，借助仿真手段，以提高HGC系统的静、动态特性为目的，较为系统地阐述了影响辊缝和辊缝监控系统稳定的各个因素，如第四章分析了伺服阀响应频率、油缸固有频率和PI控制参数对辊缝监控系统的影响，第五章从振动的角度，分析轧机垂直振动对辊缝开口变化的影响，第六章则在本文建立的HGC系统机械、液压、控制系统一体化虚拟样机模型的基础上，通过使用协同仿真手段，更进一步确定了HGC系统PI控制参数的取值范围。具体完成的工作主要包括：（1）建立了1676mm冷连轧机HGC系统的MATLAB/SIMULINK仿真模型，通过分析系统时域、频域的动态特性，在给定范围内寻得了最优的PI控制参数。（2）在考虑影响轧机辊缝的各种因素的基础上，将轧机垂直振动模型简化为六自由度不对称的弹簧-质量系统，与两自由度弹簧-质量系统相比，前者更适合研究轧机第四架的辊缝对出口带钢厚度的影响。使用MATLAB语言编制了求解垂直振动模型各部分的等效质量、等效刚度的程序，使用ADAMS软件求解了系统的固有频率，并通过分析颤振模拟实验的仿真结果，提出了减振的具体措施。（3）在对轧机HGC系统作适当的简化后，在虚拟样机仿真平台上，建立了集机械、液压、控制于一体的协同仿真模型，并通过PI控制仿真实验验证了模型的准确性和可靠性。本文以Windows XP为操作平台，使用当今流行的虚拟样机软件ADAMS、控制系统仿真分析软件MATLAB/SIMULINK作为多领域建模与协同仿真的工具，在ADAMS/View中建立机械、液压模型，在MATLAB/SIMULINK中建立控制模型，最后利用ADAMS/Controls模块提供的接口，通过基于接口的机械、液压、控制模型间各系统状态参数的传递建立涵盖多个领域的、较完整的HGC控制系统仿真模型。模型结构、层次清晰，协同仿真运行结果直观且系统的过程状态参数可控，因此不仅可以加深对现有轧机系统的认识，对于降低系统改造的风险也有着一定的现实意义。本文首次将多领域建模与协同仿真理论引入轧机领域的研究中，但所建模型仅仅是针对轧机HGC系统的功能样机模型，距离完全意义上的轧机虚拟样机（“虚拟轧机”）还有一定的距离，如何将现代大型轧机系统所具有的多变量、强耦合、非线性、时变性、多约束的特征在样机模型中真实地反映出来，是目前所要解决的首要问题，但不可否认的是轧机HGC系统的多领域建模与协同仿真方法，为进行涉及多机架冷连轧机轧制过程的动态仿真分析奠定了基础，通过后续工作的开展，真正意义上的“虚拟轧机”一定能够建立，它必将给轧机的设计流程带来翻天覆地的变化。附录A 本钢冷轧厂1676mm四机架酸洗冷连轧联合机组（CDCM）概况（1）CDCM机组简介本钢冷轧薄板厂是国家“八五”期间利用外资建设的重点项目，其中CDCM机组是我国“九五”期间利用外资引进的国内第一条酸洗冷连轧联合机组。CDCM机组酸洗段采用传统闪光焊机和浅槽盐酸酸洗工艺。拉伸矫直机为法国CLECIM 公司制造，延伸率最大为3 %。四机架4 辊轧机原为比利时COCKRIL厂的二手设备,经CLECIM 公司改造后，装备有HGC、液压正负弯辊。末机架出口设置CLECIM公司制造的板形仪与第四架的弯辊、倾斜、工作辊的分段冷却系统形成闭环控制板形。轧机出口设有一台飞剪、两台卷取机,可实现动态分卷、动态变规格轧制。轧机的自动化系统主要由一台VAX3100计算机，三台JS1600计算机和7台可编程控制器等组成，可以实现下述功能：轧制规程的预设定计算；动态变规格预设定；自动轧制规程控制；焊缝跟踪；轧机故障诊断；轧机出口自动控制；自动厚度控制；自动张力控制等等。厚控系统还辅以轧辊偏心补偿、弹跳补偿及油膜补偿子系统以增加厚控的精确度。厚度精度：98 %带材长度可控制在出口厚度的1. 5 %以内。（2）CDCM机组主要工艺参数酸洗入口带钢参数：带钢厚度2. 0mm6. 0mm 带钢宽度730mm1525mm最大卷重 24T轧机出口带钢参数：带钢厚度0. 5mm3. 0mm 带钢宽度730mm1525mm最大卷重30T机组速度参数：入口活套充套速度最大470m/ min 酸洗工艺段速度最大200m/ min轧机入口速度最大260 m/ min 轧机出口速度最大1000 m/ min轧机过焊缝速度300 m/ min各活套能力：入口活套496m 出口活套280m连接活套280m 工艺段长82. 5m焊接周期150s （含准备时间）附录B 轧机机座等效刚度的Matlab计算程序function mill rigidity calculation%计算轧机系统各部分等效刚度K1,K2,K3,K4,K5,K6,K7和总刚度K(单位：MN/mm)%已知参数%长度(单位：mm)ls=2000,lp=2500,l=2800,L=1676,d2=500,h=25,h1=1265.55,h2=1265.55,b1=970,b2=970,D1=560,D2=1300,H=4476,h0=400,hhs=70;%截面积(单位：mm2)Ft=838200,Fp=553259,Fhs=2325,F=502600;%力(单位：MN)P=13;%惯性矩(单位：mm4)Jt=2.158e12,Jp=3.293e10;%弹性模数和扭振弹性模数(单位：MN/mm2)E=0.206,G=0.08;%泊松比u=0.2;%1.计算机架立柱及上横梁的等效刚度K1%计算立柱刚度Klz%P为轧制力%H为上部分立柱高度%Fp为上部分立柱横截面积%E为弹性模量flz=P*H/(4*E*Fp);Klz=P/flz;%计算上横梁刚度KlMo=P*ls/(16*(1+lp*Jt/ls/Jp);fl=ls2/(E*Jt)*(P*ls/48-Mo/4)+1.2*P*ls/(4*G*Ft);Kl=P/fl;%计算油缸活塞刚度Khs%hhs为活塞计算高度%Fhs为活塞横截面积fhs=P*hhs/(2*E*Fhs);Khs=P/fhs;K1=1/(1/Klz+1/Kl+1/Khs);%2.计算上支撑辊中部至上横梁中部的等效刚度K2（包括油缸油膜刚度上支撑辊轴承刚度及轴承座刚度上支撑辊弯曲刚度）%计算支撑辊的弯曲变形刚度Kzw%x2为支撑辊的弯曲变形%G为扭转弹性常数%F2为支撑辊横截面积x2=P/18.8/E/D24*(8*l3-4*l*L2+L3+64*(l-L)/2)3*(D2/d2)4-1)+P/pi/G/D22*(l-L/2+(l-L)*(D2/d2)2-1);Kzw=P/x2;%支撑辊轴承油膜刚度（单位：MN/mm）参考“轧制理论及其应用”取Kzy=100178MN/mmKzy=150;%液压油的刚度（单位：MN/mm）参考上海交大的计算：油高h=25mm,Ky=15.66822.382MN/mmKy=20;%计算液压缸刚体刚度Kgt%F为缸体截面积%h为缸体的等效高度Kgt=E*F/h;%计算支撑辊轴承座刚度Kz%轴承座的计算高度hz=(h1+h2)/2;%轴承座的计算面积Fz=(b1+b2)*l/2;%fz为轴承座的变形fz=P*hz/2/E
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号