带钢纠偏控制系统

摘要

本设计是针对钢带在卷取机上绕卷运行时发生的左右偏移而提出控制方案及具体处理方法。采用智能PID控制算法,对钢带的偏移量进行实时的控制,使之在左右偏移时偏移量控制在安全的范围内。主要是对系统数学模型的建立和数据处理的算法分析。深入阐述了纠偏控制系统设计思想及实现方法，对提高带钢生产效率和产品质量具有积极的意义。

关键字：钢带；纠偏控制；智能PID控制；卷取机

Abstract

This design is for the steel strip in the coiling machine on the occurrence of the left and right deviation and put forward the control scheme and specific processing method. The PID control algorithm is adopted to control the steel strip, and the offset is controlled in the range of safety. Is mainly about the establishment of the system mathematical model and data processing algorithm analysis. The design idea and realization method of deviation correction control system are introduced, which has positive significance to improve the production efficiency and product quality. Keywords:steel strip; deviation control; intelligent PID control; coiling machine

目录

第一章电液伺服控制系统 (1)

1.1 电液控制系统的发展历史概述 (1)

1.2 电液伺服控制系统的特点和构成 (1)

1.3 电液伺服控制系统的发展趋势 (2)

第二章带钢纠偏控制系统设计 (2)

2.1 带钢纠偏控制系统原理 (2)

2.1.1 课题背景 (2)

2.1.2 带钢纠偏控制系统简介 (2)

2.1.3 带钢纠偏控制系统工作原理 (2)

2.2 带钢纠偏控制系统设计 (3)

2.2.1 控制系统参数及基本要求 (3)

2.2.1.1控制对象有关参数 (3)

2.2.1.2控制系统要求 (3)

2.2.2 控制系统设计方案 (3)

2.2.3 纠偏液压站原理图设计 (4)

2.3 带钢纠偏控制系统元件设计选型 (5)

2.3.1 光电传感器设计 (6)

2.3.2 电液伺服阀设计选型 (9)

2.3.3 液压缸设计选型 (10)

第三章纠偏控制系统控制器设计 (11)

第四章结论 (11)

参考文献 (11)

第一章 电液伺服控制系统

1.1 电液控制系统的发展历史概述

液压控制技术的历史最早可以追溯到公元前240年,一位古埃及人发明的液压伺服机构———水钟。而液压控制技术的快速发展则是在18世纪欧洲工业革命时期,在此期间,许多非常实用的发明涌现出来,多种液压机械装置特别是液压阀得到开发和利用,使液压技术的影响力大增。18世纪出现了泵、水压机及水压缸等。19世纪初液压技术取得了一些重大的进展,其中包括采用油作为工作流体及首次用电来驱动方向控制阀等。第二次世界大战期间及战后,电液技术的发展加快。出现了两级电液伺服阀、喷嘴挡板元件以及反馈装置等。20世纪50～60年代则是电液元件和技术发展的高峰期,电液伺服阀控制技术在军事应用中大显身手,特别是在航空航天上的应用。这些应用最初包括雷达驱动、制导平台驱动及导弹发射架控制等,后来又扩展到导弹的飞行控制、雷达天线的定位、飞机飞行控制系统的增强稳定性、雷达磁控管腔的动态调节以及飞行器的推力矢量控制等。电液伺服驱动器也被用于空间运载火箭的导航和控制。电液控制技术在非军事工业上的应用也越来越多,最主要的是机床工业。在早些时候,数控机床的工作台定位伺服装置中多采用电液系统(通常是液压伺服马达)来代替人工操作,其次是工程机械。在以后的几十年中,电液控制技术的工业应用又进一步扩展到工业机器人控制、塑料加工、地质和矿藏探测、燃气或蒸汽涡轮控制及可移动设备的自动化等领域。电液比例控制技术及比例阀在20世纪60年代末70年代初出现。70年代,随着集成电路的问世及其后微处理器的诞生,基于集成电路的控制电子器件和装置广泛应用于电液控制技术领域。

现代飞机上的操纵系统。如驼机、助力器、人感系统，发动机与电源系统的恒速与恒频调节，火力系统中的雷达与炮塔的跟踪控制等大都采用了电液伺服控制系统。飞行器的地面模拟设备，包括飞行模拟台、负载模拟器大功率模拟振动台、大功率材料实验加载等大多采用了电液控制，因此电液伺服控制的发展关系到航空与宇航事业的发展，在其他的国防工业中如机器人也大量使用了电液控制系统。

1.2 电液伺服控制系统的特点和构成

电液伺服控制系统特点:均为闭环系统;输出为位置、速度、力等各种物理量;控制元件为伺服阀(零遮盖、死区极小、滞环小、动态响应高、清洁度要求高)；控制精度高;响应速度快；用于高性能场合。此系统的一般构成如图1.1所示。

图1.1 电液伺服系统的一般构成 伺服放大器检测反

馈元件

伺服阀控制对象液压执行元件被控制量

被控制对象

液压源u g

u f Q u e I

1.3 电液伺服控制系统的发展趋势

电液伺服控制已经开始向数字化发展,液压技术同电子技术、控制技术的结合日益紧密,电液元件和系统的性能有了进一步的提高。电液伺服控制将在电子设备、控制策略、软件和材料方面取得更大的突破,主要包括以下几个方面。

(1)与电子技术、计算机技术融为一体。随着电子组件系统的集成,相应的电子组件接口和现场总线技术开始应用于电液系统的控制中,从而实现高水平的信息系统,该系统简化了控制环节、易于维护,提高液压系统的可控性能和诊断性能。

(2)更加注重节能增效。负荷传感系统和变频技术等新技术的应用将使效率大大提高。

(3)新型电液元件和一体化敏感元件将得到广泛研究和应用,如具有耐污染、高精度、高频响的直动型电液控制阀,液压变换器及电子油泵等的研究。

(4)计算机技术将广泛应用于电液控制系统的设计、建模、仿真试验和控制中。

第二章带钢纠偏控制系统设计

2.1 带钢纠偏控制系统原理

2.1.1 课题背景

近年来，随着科学技术的发展、制造技术的进步，产品质量和品种多样化的要求日益提高。其中，汽车工业及装备制造业的迅猛发展大大增加了对钢材的需求。

然而，我国的很多钢铁企业由于设备使用年限过长，电气控制系统和液压传动系统损坏严重，控制精度达不到要求，不能满足当前生产的需求。为保证带钢的质量，需要根据机组运行情况设计安装相应的自动纠偏控制系统，整齐带钢边部，从而提高钢材的产量、成品率和生产效率。

2.1.2 带钢纠偏控制系统简介

带钢纠偏系统EPC (Edge Position Control)即边缘位置控制，广泛应用于钢带、铝带、铜带等金属带材轧机、纵剪机列、清洗机列等生产中，用来对带材连续生产进行跑偏控制。

常见的跑偏控制系统有气液和光电液伺服控制系统。两者工作原理相同，其区别仅在于检测器和伺服阀不同，前者为气动检测器和气液伺服阀;后者为光电检测器和电液伺服阀，并各有所长。电液伺服控制系统的优点是信号传输快;电反馈和校正方便:光电检测器的开口(即发射与接受器间距)可达一米左右，因此可直接方便的装于卷取机旁，但系统较复杂。气液伺服系统的最大优点是简单可靠且不怕干扰;气液伺服阀中的膜片不仅起气压-位移转换作用，还起力放大作用，因此系统中省去了放大器，简化了系统。但气动信号传输速度较慢，传输距离有限，且气动检测器开口较小，检测器务必由支架伸出，装于距卷筒较远处，综合各种因素本系统运用电液伺服控制。

2.1.3 带钢纠偏控制系统工作原理

如图2.1所示，典型的带钢卷取纠编控制系统，主要由光电传感器，控制器，液压伺服系统(液压站、伺服阀)，卷取机所组成。