卷取机EPC控制系统数学模型的确定及其动态特性分析

1、2001年10月October2001钢铁研究第5期(总第122期)()卷取机EPC控制系统数学模型的确定及其动态特性分析王东刘美霞(武汉钢铁集团公司)()摘要,对该数学模型。测试动态特性DETERMINATIONONMATHMODELOFEPCCONTROLSYSTEMFORTENSIONREELANDITSDYNAMICBEHAVIORANALYSISWangDongLiuMeixiaKeywordsmathmodelmeasurementdynamicbehavior1前言在带钢连续作业机组中,为防止带钢跑偏或卷取时出现塔形卷,专门设置了一套EPC(EdgePositionControl

2、)装置。EPC装置是张力卷筒在卷取时为使板边对齐而设置的边缘液压位置控制系统。EPC系统的动态性能对机组增加卷重和提高卷取速度十分重要,研究EPC系统的动态性能,首先要正确建立起系统的动态数学模型。本文利用经典控制理论中的传递函数方法建立EPC系统的数学模型,并通过测试系统的有关性能来加以验证。2系统描述EPC系统由卷取机芯轴、光电头、薄带导向放导向放大器发出跑偏信号,放大器将信号放大并转换成电流信号,再传至射流管式电液伺服阀的可动线圈,这样,喷射管的喷嘴左右摆动,使得和液压缸连成一体的卷取机随带钢跑偏作相同方向的移动,从而实现纠偏动作。系统工作原理方框图见图1。3数学模型的建立3.1伺服阀环

3、节大器、电液伺服阀、位置检测器、油缸等部件组成。当带钢出现跑偏时,检测带钢边缘位置的光电头联系人:王东,高级工程师,武汉市(430080)武钢职工大学由于EPC系统正常工作频率在2.5Hz以内,射流管伺服阀(型号:M2DJ)的频率在13.535Hz范围,所以可以把伺服阀环节看成一个比例环节,即GSV(S)=KSV。根据该阀的流量特性可知,KSV与补助变量活塞的增益GNA有关。3.2油缸负载环节根据流量连续方程和负载力平衡方程1可得下列二式:38图1系统方框图注:Ki光电头比例系数/Mvcm-1Ka薄带导向放大器增益,无因次R伺服阀线圈电阻/油缸负载环节传递函数GSV(S)伺服阀传递函数Gh(S

4、)Q=A+KcePL+dt4edt(1)出时,:h=Q(SAPL=M+F2+BPdtdtS2h+(4)hS+1式中XP纠偏位移/cmAh无阻尼液压固有频率h=eVt/cm3VtM阻尼比,无因次hh=AVt+Kce流量压力系数PL油缸工作压力/Pa4AeMM折算质量/kgBP粘性阻尼系数F外负载力/NA令K=KiKaKSV/RA,则EPC系统的开环传递函数为:G(S)=S2h+hS+1(5)(2)式取Laplace变换,并考虑将(1)式、3.3计算实列1,整理得:XP(S)=SQ(S)-2S+22(S+Kce)F(S)+24eAA4eAS+1(3)故,以流量Q(S)为输入,以纠偏位移XP(S)为

5、输以某冷轧带钢厂钢卷焊接机组为例,EPC系统的有关参数见表1。将参数代入(5)式并用频率特性表示为:)=G(j2(6)表1EPC系统的参数值参数数值备注KiKaRNA=50%)KSV(G5.56Kce3.3MAVtBP1146e7.1×103120117202041.8×104计算后K=3,=13.8Hz,=0.4285464频响测试为了检验所建系统数学模型的正确性,对系统进行了开环频率特性测试。其步骤是在EPC对口电控器前加一正弦电压信号Ei=xsinit,将位置发信器的输出电信号E0=ysin(it+),送到BT6A频率特性测试仪的输入端,改变Ei的频率值,即可由BT6

6、A测出对应不同频率的对数幅值L()和相位差()。该机组的开环幅频特性测试记录见表2,穿越频率c=3Hz。测试结果表明,系统的开环频率特性值以-20db/dec频程下降,表现了系统的积分特性;以-40db/dec频程下降,表现了系统的振荡特性。从表2可知,实测值与理论分析值比较接近。在39表2测试数据频率/Hz)L(频率/Hz)L(ts=h0.52sh(10)综上所述,系统的动态响应曲线见图2。0<8Hz或20Hz时,L()论值L()略低,mm,。在8Hz<<,实测的L()又略大于理论值L(),这是实际系统存在的阻尼在转折频率处表现的特性。综上所述,本文建立的EPC数学模型其结

7、构和参数值基本正确,可以用作系统动态特性的分析和研究。5系统的动态性能指标5.1上升时间图2动态响应曲线5.5稳态误差该指标反映了纠偏系统的精确度。单位阶跃信号引起的误差:eSS=limS=0S01+G(S)S(11)单位斜坡信号引起的误差:eSS=limS=0.332S01+G(S)KS(12)5.6稳定性判据上升时间即从原工作状态开始第一次达到稳态输出值所需时间2:-tg-1tr=由Routh-Hurwitz(劳斯-赫尔维兹)判据知,EPC系统的稳定性判据为:2hK<2h(13)2c-h0.16s(7)将有关参数代入,结果(13)式成立,表明该系统工作稳定。6结语(1)卷取机EPC跑偏控制系统可以用一个三5.2峰值时间峰值时间即响应过程曲线达到第一个峰值所需时间:(8)tp=0.25s2c-h5.3最大超调量最大超调量即响应过程曲线的最大峰值与稳态值1的差值:MP=e2-h阶系统表示。(2)由于EPC系统的工作频率较低,所以系统的响应性、稳定性和稳态精度等指标均由系统的开环增益决定。(3)利用本文所述的方法,同样可确定其它机组EPC控制系统