第２５卷第１期 ２０１１年３月 传 动 技 术 Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．１ Ｍａｒｃｈ ２Ｏ１１ ＤＲＩＶＥ ＳＹＳＴＥＭ ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ 文章编号：１００６—８２４４（２０１１）０１—３８—０４ 六辊轧机ＡＧＣ建模与仿真 Ｔｈｅ Ｓ６一Ｈｉｇｈ Ｍｉｌｌ Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ＡＧＣ Ｍｏｄｅｌ Ａｎｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 丁明初 上海交通大学机动学院 Ｄｉｎｇ Ｍｉｎｇｃｈｕ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊ ｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ［摘要］以不锈钢热带退火酸洗线在线六辊轧机为研究对象，建立轧机的液压ＡＧＣ模型，采用ＭＡＴＬＡＢ／ ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件进行仿真，仿真结果与实际情况大体一致。 ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｉｎｌｉｎｅ Ｓ６一ｈｉｇｈ ｍｉｌｌ ｏｆ ｈｏｔ ａｎｎｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ｐｉｃｋｌｉｎｇ ｌｉｎｅ ｆｏｒ ｓｔａｉｎｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ ａｓ ａ ｏｂ— ｉｅｃｔ ａｎｄ ａ ｍａｌｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ＡＧＣ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｔｈｉｓ ｍｉｌｌ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｌｉｎｋｅｄ ｗｉｔｈ ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｍａｋｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｂａｓｉｃａｌｌｙ ｉｄｅｎｔｉｃａ１ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｏｕｔ ｐｕｔ ｏｎｅｓ． 关键词：六辊轧机模型 仿真 文献标识码：Ｂ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｓ６一ｈｉｇｈ ｍｉｌｌ ｍｏｄｅｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 中图分类号：ＴＨ１２２ 闭环控制，使液压缸准确的定位，从而保证轧机工作 ｌ 刖吾 辊之间的辊缝，达到控制带钢厚度精度的目的。 液压缸压下的位移有安装在液压缸体内的磁尺 国内某大型钢铁企业２００５年起投资建设一条 不锈钢热带退火酸洗线。该酸洗线最大的特点在于 在酸洗线人口段设置了一台六辊轧机，主要目的是 为了生产２Ｅ表面的不锈钢钢板。 该轧机主要可以处理宽度在７５０—１６００ ｍｍ， 厚度在２．０—７．０ ｍｍ的ＡＩＳ１３００和ＡＩＳＩ４０Ｏ系列 的热轧不锈钢板，最大压下量为３５ ，最快速度为 １００ ｍ／ｍｉｎ，轧机人口与出口最大张力分别为６００ ｋＮ和６５０ ｋＮ。由于液压压下系统直接影响钢板厚 检测出来，取操作侧和传动侧两侧位移的平均值作 为反馈信号送到设定辊缝的输人端，与设定的辊缝 相比较，得出的误差信号通过控制器进行调节，经过 伺服放大器进行调节转换控制伺服阀的信号，由伺 服阀来控制液压缸的压下行程，由此完成了一个闭 环控制。 度精度，因此，为了保证今后生产的正常进行，对液 压压下系统进行研究是十分必要的。 通过对轧机阀控液压缸系统进行分析，建立数 学模型，利用ＭＡＴＬＡＢ／ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件进行仿真，这 样可以利用软件的优势来研究系统参数变化对带钢 厚度的影响。 ２ 液压ＡＧＣ模型的建立 六辊轧机采用位置内环的控制方式，如图１所 图１位置控制方式原理示意图 Ｆｉｇ．１ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｗａｙ ｔｈｅｏｒｙ ｓｋｅｔｃｈ 示。位置内环主要任务是进行压下液压缸的位置的 ３８一 丁明初：六辊轧机ＡＧＣ建模与仿真 伺服阀在自动厚度控制系统中应用广泛，本轧 其中：Ｋ ——伺服阀增益系数，Ⅵ， ——伺服阀的频 宽，￡——伺服阀的阻尼系数。 液压缸的连续性方程： 机压下采用的是Ｍ０ｏＧ公司的产品。六辊轧机采 用四边阀控液压缸。工作原理见图２。 根据流体力学可知： Ｑ 一 则有： 一ｃ √丢（ Ｑ 一Ｃ ／ ＋ ） （１） ＱＬ一生 鲁＋Ｃ，ｐＰｃ＋ 鲁（４） 其中：Ａ 、Ａ ——液压缸两侧活塞的有效面积， Ｃ Ｃ ——液压缸的内漏外漏系数， 、 ——液 压缸活塞两侧的容积，Ｂ ——系统的有效体积弹性 根据Ｐ 一Ｐ 一Ｐ Ｐ 一Ｐ ／Ｐ２ 模量，Ｘ ——液压缸活塞的位移。 Ｖ ｐ 根据活塞的受力情况，可以建立活塞受力的平 衡方程： Ｆ 一Ａｐ１ Ｐ 一ＡｐｚＰｚ—Ｍ ＦＬ 其中： ——阀的负载流量， ——流量系数， ｗ——阀的面积梯度，ｚ ——阀芯位移，．０——油液 密度，Ｐ 、Ｐ。——液压缸两腔的压力，Ｐ ——供油压 力，Ｐ ——液压缸两腔的压力差。 ＋Ｂ ＋Ｋ ＋ 其中：Ｆ ——液压压力作用在活塞上产生的力， ＦｆＪ——作用在活塞上的外作用力，Ｍ——液压缸驱 动负载的总质量，Ｂ ——活塞和负载的粘性阻尼系 Ｘｐ 数，Ｋ——弹簧刚度。 放大器作为比例环节，即： （ｓ）：Ｋ。 其中：Ｋ ——伺服放大器的增益。 ＰＪ控制器的传递函数为： ｏｉｌ ｆｅｅｄｉｎｇ ｏｉｌ ｒｅｔｕｍ Ｇｃ（ｓ）一Ｋｐ＋ 图２ 阀控液压缸工作原理图 Ｆｉｇ．２ Ｖａｌｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｗｏｒｋｉｎｇ ｔｈｅｏｒｙ ｄｉａｇｒａｍ 其中：Ｋ ——比例系数，Ｋ ——积分系数。 位置传感器一般视为惯性环节，即： 负载流量的线性化方程为： △ＱＬ—ＫＱ△ｌｚ 一Ｋｃ△ＰＬ （２） 尚， 其中：Ｋ柳——位移传感器增益，Ｔ却——位移传感 器时间常数。 因此可得到位置内环的数学模型，如图３所 ： 其中：ＫＱ——流量增益，Ｋ ——流量压力增益。 根据伺服阀的结构形式，工作原理以及受力情 况分析，以阀芯位移．ｚ 作为输出量，以电流为输入 量 的传递函数为： Ｇ㈤一孚一 ＫＳ 叫： 叫 （３） 图３位置内环的数学模型 Ｆｉｇ．３ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎｎｅｒ ｒｉｎｇ ３９— 丁明初：六辊轧机ＡＧＣ建模与仿真 ３ ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真 液压系统主要参数： 液压缸活塞直径：＋８ｏｏ（ｍｍ），活塞杆直径： 中７４Ｏ（ｍｍ），额定压力：２６０（ｂａｒ），工作行程：１３０ （ｒａｍ）。 ：０．７，Ｋ ：１．０×１０ （１ＴＩ。・Ｓ－。・Ｐａ ），Ｖ：０．０２ （ｍ。），Ｋ ：１（Ｖ／ｍ），ＴＰＭ：０．００８（Ｓ），Ｍ ：６１１００ （ｋｇ）， ：７×ｌＯ （Ｎ／ｍ ），Ｂｐ：１．７×１０ （Ｎｓ／ｍ）。 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真模型： 采用ＭＡＴＬＡＢ软件中的ＳＩＭＵＬＩＮＫ模块，对 液压ＡＧＣ系统数学模型进行建模仿真，其仿真模 仿真主要参数设定： 型框图如图４： Ｋ ：０．００４（Ａ／Ｖ），Ｋ ：０．１５，∞：６２８（ｒａｄ／ｓ）， 供压 Ｓｕｐｐｌｙ ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉ－ｃ－Ｉ 位置指令 装置 ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｐｓ Ｐｓ Ｓｅｔ ｃｏｍｍａｎｄ Ｕ Ｕ Ｉ Ｑ Ｑ、 Ｘｐ Ｐｃ ｌｆ Ｐｃ ｘ ｘｐ｝ 反馈 Ｐｃ Ｐｃ Ｘｐ 示波器 ｆｅｅｄ ｂａｃｋ ｌ 垒 ｝ 流体压缩机 电液伺服阀 Ｓｃｏｐｅ Ｆｌｏｗ ＥｌｅｃｔｒＯｈｙｄｒａｕｌｉｃ 液压缸 原子分系统 控制器 Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ａｔｏｍｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｅｒｖｏｖａｌｖｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｘｐ 位置传感器 Ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｓｅｎｓｏｒ 图４ ＡＧＣ系统仿真模型框图 Ｆｉｇ．４ ＡＧＣ Ｓｙｓｔｅｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｓｃｈｅｍｅ ３ ７ 一３ ６ ．Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｌｒｉｐ￣ｉｃｋｎｅｓｓｅｍｏ ｉ ｍｍ） ３ ５ ３ ４ ３ ３ ３ ２ ３ｌ ３ ０ ２ ９ ２ ８ Ｉ １ ． Ｉ ＪＪ ｌ ｌ ｌｌ Ｉ ｌＩ ｓｅｃｌ ３ ３ ３ ２ ：。＿Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｓｏｔｐｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｅｘｉｌ（ｍｌｒ１） ３ｌ ３ ０ ２ ９ ２ ８ ２ ７ ２ ６ ２ ５ ２ ４ － 】 Ｉ Ｉ ＩＩ １ １ ● １ ｌ ＩＩ ｌ ｓｅｃＩ ０ ００５ －０ ００６ ＂－０ ００７ ４３（Ｍ ０ ００９ ０ ０ｌ０ ０ Ｏ１ｌ ０ ０ｌ２ ０ ０ｌ３ ０ ０１４ ０ ００８ ０ ００６ ０ ００４ ０ ００２ ０ －０ ００２ ７：０１：３０ １７：０１：４５ １７：０２：００ ｌ７ ０２：１５ １７：０２：３０ １７：０２：４５ １７：０３：００ Ｉ７：０３：Ｉ ５ １７：０３：３０ ｌ７：０３ ４５ ｌ７：０４：０１）Ｉ７：０４：ｌ５ ｌ７：０４：３０ ｌ７：０４：４５ １７：０５：００ 图５ 测厚仪实际测量的轧机入出口带钢厚度偏差 Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｒｅａｌ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｍｉｌｌ ｅｎｔｒｙ ａｎｄ ｏｕｔｌｅｔ ｓｔｅｅｌ ｔａｐｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ×１０３ １０ ｌ５ 址】 血 ｔ 曲。盆ｋｔ＾ ｌ ￡ 』． 越０』ｍｌＪ “ ｔ “ ｂ１ ｊ ｍ １＾ ｄ ｄ矗 血 血 ＾ ｌ ０ － ’ 叩 ’ 聊 卵 ” ｉ － ！Ｆ７．１ 叩 ” 唧 －５ ０ ５０ １Ｏ０ １５０ ２００ 图６ 仿真模型得到的轧机出口带钢厚度偏差 Ｆｉｇ．６ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｆｏｕｎｄ ｔｈｅ ｍｉｌｌ ｏｕｔｌｅｔ ｓｔｅｖｌ ｔａｐｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ～４Ｏ～ 一。Ｑ２ ５ Ｏ 丁明初：六辊轧机ＡＧＣ建模与仿真 图５为设定出人口厚度、实际人口带钢厚度及 实测出口厚度偏差曲线。从图中可以看出入口带 钢厚差在一１３ ｓ～６ ｓ问波动。出口厚差在０ ｓ ～８ Ｓ之间波动。通过实际的结果分析，采用液压 伺服系统得到很好带钢出口厚度偏差，满足现场生 产的需求。图６是带钢仿真曲线，可以从曲线中看 出仿真值基本在。０ ｓ～７ ｓ之间波动，和实际出口 （上接第３１页） 图７ 前板簧不同刚度下的质心侧偏角 Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅ ｒｏｌｌ ａｎｇｌｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｏｎｔ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ ６． －ｇ ５． ５． ３． ｛逞；目∈Ｉ罢２１．． ｂ０ ｛一１． 图８后板簧不同刚度下的横摆角速度 Ｆｉｇ．８ Ｔｈｅ ｙａｗ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ 图９后板簧不Ｉ司刚度下的侧向加速度 Ｆｉｇ．９ Ｔｈｅ ｌａｔｅｒａｌ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ 提高。刚度减少，横摆角速度和侧向加速度峰值和 稳态值增加，同时质心侧偏角增大，从而导致响应时 间延长，不利于整车的瞬态响应性能。后板簧刚度 的改变对操纵稳定性的影响与前板簧趋势相同，但 带钢厚度偏差基本吻合，说明模型的建立是正确 的。 参考文献 ［１］成大先．机械设计手册［Ｊ］．化学工业出版社，２００４，４． ［２］杨安，欧阳奇．轧机液压ＡＧＣ系统建模及仿真［Ｊ］．机 床与液压，２００８，９． 图１Ｏ后板簧不同刚度下的质心侧偏角 Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅ ｒｏｌｌ ａｎｇｌｅ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅａｒ ｌｅａｆ ｓｐｒｉｎｇ 影响比较小，由于刚度改动幅度不大，对操纵稳定性 的影响在图中体现不明显。 ４ 结论 在汽车的设计初始阶段，应用仿真分析软件 ＡＤＡＨＳ／Ｃａｒ建立起包括前后悬架、前后轮胎、前后 横向稳定杆、转向系、车身、动力系统等在内的整车 动力学仿真模型，可以较为真实的模拟汽车在方向 盘转角阶跃输入条件下的转向特性，为汽车的操纵 稳定性分析带来了方便。对于前后悬架均采用钢板 弹簧结构的轻型客车而言，前后钢板弹簧刚度尤其 是前板簧刚度是影响操纵稳定性的重要因素之一， 增加前板簧刚度有利于提高汽车的操纵稳定性。 参考文献 ［１］余志生．汽车理论（第３版）［Ｍ］．北京：机械工业出版社， ２０００．１０． ［２］邓亚东，余路，苏楚奇．ＡＤＡＭＳ在汽车操纵稳定性仿 真分析中的运用．武汉大学学报（工学版），２００５．４． ［３］Ｈ—Ｐ．威鲁麦特．车辆动力学．北京：北京理工大学出版社， １９９８． ［４］Ｊａｙａｋｕｍａｒ，Ｐ．，ａｎｄ Ａｌａｎｏｌｙ，Ｊ．１９９９，“Ｔｈｒｅｅ－Ｌｉｎｋ Ｌｅａｆ—Ｓｐｒｉｎｇ Ｍｏｄｅｌ Ｆｏｒ Ｒｏａｄ Ｌｏａｄｓ，”Ｒｅｐｏｒｔ ＮＯ． ＡＶＴ５０７－ＭＴ９９—０００１．Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ＣＡＥ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ＆ Ｐｒｅ－Ｐｒｏｇｒａｍｓ，Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｆｏｒｄ Ｍｏ— ｔｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｄｅａｒｂｏｒｎ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ． （下接第ｌ７页） ４】一
