万能轧机辊缝控制系统稳定性分析

陈猛 邹昶方 杜预 樊继开

摘 要：液压伺服技术由于其高动态响应的优点广泛应用于万能轧机辊缝控制同时，也带来系统的稳定性问题。本文介绍了万能轧机辊缝控制的工作原理、对轧机辊缝控制的数学模型进行推导，得出辊缝控制系统的开环传递函数和方框图。最后对轧机辊缝控制系统的稳定性进行分析。

关键词：轧机；辊缝；液压伺服；数学模型；稳定性

H型万能轧机因其结构紧凑、组件快速更换和高动态的辊缝调整技术、可以轧制高精度复杂断面型钢等优点，广泛应用于现代工业。[1，2]而轧机辊缝控制一般采用液压伺服闭环控制，这样就会带来系统工作稳定性问题。[3]本文介绍了万能轧机辊缝调节的基本原理、对轧机辊缝控制的数学模型进行推导，得出辊缝控制系统的开环传递函数和方框图，并对其幅值裕度和相位裕度进行计算。

1 辊缝调节工作原理

万能轧机机架内安装有上辊和下辊两个水平辊及两个立棍，分别位于操作侧和传动侧。水平辊的上升下降、立棍的前进后退均由相应的调节液压缸进行驱动。每根水平辊由两个液压缸进行控制，在液压缸的柱塞端安装压力传感器来计算轧制力，同时调节缸上安装有高精度位移传感器用于精确测量活塞杆的位置，进而实现闭环控制。

2 数学模型

2.1 轧机弹跳数模型

轧机轧制时的机架会产生一定的弹性变形，轧件会产生塑性变形，弹跳方程为：

3 数学模型稳定性分析

用系统的开环频率特性来分析系统的稳定性是最有效的方式，通过上文的数学模型推导得到结合公司自己研发的轧机参数得到系统的开环增益K=40.7，动力机构固有频率ωh=203rad/s，系统阻尼比ξ=0.1。則系统开环传递函数为：

在Matlab中仿真的开环Bode图如下图所示，可以得到轧机辊缝控制数学模型的幅值裕度9.52dB，相位裕度82.6°，因此系统按此参数设计稳定，且有足够的幅值裕度和相位裕度。

4 结论

本文对辊缝控制系统的轧机弹跳和液压伺服控制数学模型进行推导，得出了辊缝控制系统的传递函数和方框图。并利用此数学模型对具体研发项目的稳定性进行了计算，并且数学模型的正确性得到了工程实践的验证。

参考文献：

[1]杨浩.轧机辊缝控制系统建模及轧制数据分析[D].武汉科技大学，2010.

[2]Li Zhonghua，Zou Sufeng.Application of the Roll Gap Automatic Detection System for the H-beam Universal Mill[J].Metallurgical Equipment，2013.

[3]徐涛.轧机液压辊缝监控系统的建模与仿真[D].辽宁工程技术大学，2006.