[发明专利]冷连轧平整机液压伺服系统数字模型与故障预示方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及精轧带钢冷轧连退机组平整机的液压伺服控制系统的故障诊断方法，属轧钢控制技术领域。具体地说，是一种基于结构功能数字模型的冷连轧平整机液压伺服系统数字模型与故障预示方法。

【背景技术】

冷轧带钢连退机组平整机的液压伺服系统的关键部件主要包括：(1)液压控制的推上缸伺服系统；(2)液压控制的工作辊和中间辊弯辊系统；(3)液压控制的中间辊或工作辊的轴向窜辊系统。推上系统是液压伺服的位置和力控制系统，与平整机前后张力辊配合控制带钢的延伸率，同时根据板形辊的反馈控制一次板形偏差；弯辊系统是液压伺服的力控制系统，通过工作辊和中间辊的弯曲控制二次板形；窜辊系统实际是液压伺服控制的位置控制系统，通过改变轧辊接触面控制高次的板形偏差。因此，平整机的液压伺服系统对于冷轧带钢连退机组生产中产品的机械性能、板形等重要指标起着至关重要的作用。随着轧机电液伺服系统设备复杂性的不断增加，对设备维护提出了越来越高的要求，因为一旦发生故障，必将引起链式连锁反应，轻则导致产品质量下降，重则造成巨大的经济损失。

传统的液压伺服系统数学模型的建模方法大多是采用基于Matlab软件的Simulink模块，该方法的特点是通过传递函数的数学表达式可以很好的表现控制系统输入输出之间的传递关系，但是目前尚不能真正表达液压系统元件级控制中的硬件物理属性。另外，在电液伺服系统中，许多元器件如伺服阀、伺服油缸和马达等都具有非线性时变环节，数学模型和发生故障的因果关系十分复杂，症兆表征与原因之间往往存在各种各样的耦合重叠与交叉铰链关系。实际液压工程中的一个故障症兆有多种可能原因，采用一般建模手段建立的液压系统仿真数学模型只能表现系统的控制特性到传递函数这一级，是无法进行系统元件级结构功能的参数设置和较真实的表达故障状态，更谈不上系统的故障预示功能。因此，需要提出一种能够表达平整机液压系统元件级控制物理属性的结构功能化数字模型和建模方法，并且通过建立平整机液压系统的数字模型虚拟试验平台，来实现平整机液压系统故障预示的方法。

【发明内容】

本发明的目的是提供一种用于精轧带钢生产的平整机领域的液压伺服控制系统的结构功能化数字模型、应用该数字模型实现的一种虚拟试验平台，以及应用该平台对平整机液压伺服系统进行故障诊断及预示的方法。该数字模型采用了多学科软件协同建模技术，申请者没有发现在国内外出版物上已公开发表过类似的平整机液压系统结构功能化数字模型，其中涉及系统软参数设置等独创技术。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种冷连轧平整机液压伺服系统数字模型，由三部分子模型组成；(1)液压控制的推上缸伺服系统数字模型；(2)液压控制的工作辊和中间辊弯辊系统数字模型；(3)液压控制的中间辊或工作辊的轴向窜辊系统数字模型；

(1)推上缸液压伺服系统数字模型

推上缸液压伺服系统数字模型包括有机械系统、AGC液压阀组(传动侧和操作侧)、中间减压阀组和控制系统；机械系统用于模拟轧制过程中辊缝的调整控制，钢板的变形，支承辊系、中间辊系和工作辊系重量的确认，推上缸尺寸的确认以及用于位置控制和力控制的传感器的布置。

其中，机械系统数字模型如图1所示，该系统由六个元件组成，按图1所示从上到下依次为零速度源1、弹性接触端2、力传感器3、位移传感器4、质量块5和推上液压缸6。弹性接触端元件用来模拟两个物体在进行线性运动时的弹性接触力，如果两个物体相互没有接触，则这两个物体各自独立的进行运动；当两者发生接触时，则就产生一个接触力作用在两个物体上，这个力包括有弹性力和阻尼力，其目的是模拟工作辊与钢板在做一维线性运动相碰时所产生的弹性效果，通过调整接触刚度的数值，就可以确定在压缩多少毫米时产生多少大的力值，使其接近实际轧制钢板时的情况。力传感器和位移传感器的作用是将轧制力和推上缸活塞杆的位移反馈给控制系统。质量块用来具体定义作用在推上缸上面的支承辊系、中间辊系和工作辊系的重量。

AGC液压阀组系统单侧数字模型参见图2所示，该系统主要由七个元件组成，依次为喷嘴挡板式力反馈伺服阀7、插装阀8、溢流阀9、液控单向阀10、液控单向阀11、电磁换向阀12、电磁换向阀13。

中间减压阀组数字模型参见图所示，主要由八个元件组成，依次为比例换向阀14，溢流阀15，蓄能器16，液控单向阀17，电磁换向阀18、溢流阀19、伺服阀20、比例换向阀21。