[发明专利]一种轧机半实物仿真系统及仿真方法

权利要求书

1.一种轧机半实物仿真系统，其特征在于，包括通过以太网连接的总控计算机（1）、轧机主操台（2）、AGC控制系统（3）、现场信号模拟系统（4）及仿真计算机（5）。

2.根据权利要求1所述的轧机半实物仿真系统，其特征在于，所述的现场信号模拟系统（4）包括以下信号发生器：±10V发生器、CAN总线信号发生器、SSI接口发生器、脉冲信号发生器、4-20mA信号发生器及±10mA信号发生器。

3.一种轧机半实物仿真方法，采用轧机半实物仿真系统，其结构为：包括通过以太网连接的总控计算机（1）、轧机主操台（2）、AGC控制系统（3）、现场信号模拟系统（4）及仿真计算机（5），所述的现场信号模拟系统（4）包括以下信号发生器：±10V发生器、CAN总线信号发生器、SSI接口发生器、脉冲信号发生器、4-20mA信号发生器及±10mA信号发生器；具体按照以下步骤实施：

步骤1：首先在仿真计算机（5）上输入轧机系统参数和传动系统参数，根据输入的参数建立轧机系统模型；

步骤2：对现场信号模拟系统（4）进行配置，首先依次读取每个信号发生器的设定参数，然后对每个信号发生器参数进行配置，对±10V发生器配置参数IP地址、数据地址、数据类型、线性变换比例系数、线性变换偏移量；对SSI接口发生器配置参数IP地址、数据地址、数据类型、数据长度、数据格式；对CAN总线信号发生器配置参数IP地址、数据地址、数据类型、报文ID、报文速率；对脉冲信号发生器配置参数IP地址、数据地址、数据类型、码盘分辨率、测速辊直径；对4-20mA信号发生器配置参数IP地址、数据地址、数据类型、线性变换比例系数、线性变换偏移量；

步骤3：AGC控制系统（3）控制现场信号模拟系统（4）及仿真计算机（5）进行仿真，仿真计算机（5）根据步骤1得到的模型计算仿真厚度值，通过改变AGC控制系统（3）参数，使得仿真厚度值与设定厚度的误差最小，从而得到AGC控制系统（3）的最佳工作参数。

4.根据权利要求3所述的轧机半实物仿真方法，其特征在于，所述的步骤1根据输入的参数建立轧机系统模型，具体按照以下步骤实施：

1）建立闭辊缝状态液压系统模型：

a.电液伺服阀力矩马达表示方程：

τvdxvdt=-xv+Kvi,]]>

式中：τ_v—伺服阀时间常数，单位s；

      K_v—伺服阀电流增益，单位m/mA；

      i—伺服阀工作电流，单位mA；

      x_v—伺服阀阀芯位移，单位m；

b.伺服阀的流量方程：

Q1=sign(Ps-Pb-P1)Cdωxv2ρ|Ps-Pb-P1|xv≥0Cdωxv2ρ(P1+Pb)xv<0,]]>

式中：Q₁—油缸无杆腔流量，单位m³/s；

      P_s—系统油源压力，单位Pa；

      P_b—背压折算至无杆腔的等效压力，单位Pa；

      P₁—油缸无杆腔压力，单位Pa；

      C_d—常数；

      ω—伺服阀窗口面积梯度，单位m；

      x_v—伺服阀阀芯位移，单位m；

      ρ—液体密度，单位kg/m³；

c.主油缸的流量方程：

Q1=A1dxpdt+(Cip+Cep)(P1-Pb)+V1βedP1dt,]]>

式中：Q₁—油缸无杆腔流量，单位m³/s；

      A₁—主油缸无杆腔的有效面积，单位m²；

      x_p—油缸活塞位移变化量，单位m；

      C_ip—油缸的内泄漏系数，单位(m³/s)/Pa；

      C_ep—油缸的外泄漏系数，单位(m³/s)/Pa；

      P₁—油缸无杆腔压力，单位Pa；

      P_b—背压折算至无杆腔的等效压力，单位Pa；

      V₁=A₁(x_L+x_p)，x_L—油缸活塞行程；

      β_e—油液的弹性模量，单位Pa；

d.闭辊缝时主油缸负载力平衡方程：

主油缸负载力平衡方程为：

md2xpdt2=P1A1-Bpdxpdt-Ksxp-F0-F,]]>

式中：m—轧机运动部分的等效质量，单位kg；

      x_p—油缸活塞位移变化量，单位m；

      P₁—油缸无杆腔压力，单位Pa；

      A₁—主油缸无杆腔的有效面积，单位m²；

      B_p—活塞及负载等运动部件的粘性阻尼系数，单位N·s/m；

      K_s—轧机的等效负载刚度，单位N/m；

      F₀—油缸初始负载力，单位N；

      F—主油缸负载力，单位N；

2）建立开辊缝状态液压系统模型：

开辊缝时液压缸负载力平衡方程为：

md2xpdt2=P1A1-Bpdxpdt-F0;]]>

式中：m—轧机运动部分的等效质量，单位kg；

      x_p—油缸活塞位移变化量，单位m；

      P₁—油缸无杆腔压力，单位Pa；

      A₁—主油缸无杆腔的有效面积，单位m²；

      F₀—油缸初始负载力，单位N；

      B_p—活塞及负载等运动部件的粘性阻尼系数，单位N·s/m；

3）建立卸荷状态液压系统模型：

a.伺服阀和卸荷阀流量方程：

Q1=-(wu2ρ|Pb+P1|+Cdωxm2ρ|Pb+P1|),]]>

式中：Q₁—油缸无杆腔流量，单位m³/s；

      P_b—背压折算至无杆腔的等效压力，单位Pa；

      P₁—油缸无杆腔压力，单位Pa；

      w_u—卸荷阀流量系数，单位m；

      x_m—伺服阀阀芯最大位移，单位m；

b.卸荷状态液压缸流量方程：

Q1=A1dxpdt+(Cip+Cep)(P1-Pb)+V1βedP1dt,]]>

式中：

      Q₁—油缸无杆腔流量，单位m³/s；

      A₁—主油缸无杆腔的有效面积，单位m²；

      x_p—油缸活塞位移变化量，单位m；

      C_ip—油缸的内泄漏系数，单位(m³/s)/Pa；

      C_ep—油缸的外泄漏系数，单位(m³/s)/Pa；

      P₁—油缸无杆腔压力，单位Pa；

      P_b—背压折算至无杆腔的等效压力，单位Pa；

      V₁=A₁(x_L+x_p)，x_L—油缸活塞行程；

      β_e—油液的弹性模量，单位Pa；

c.卸荷状态液压缸负载力平衡方程：

md2xpdt2=P1A1-Bpdxpdt-F0;]]>

式中：m—轧机运动部分的等效质量，单位kg；

      x_p—油缸活塞位移变化量，单位m；

      P₁—油缸无杆腔压力，单位Pa；

      A₁—主油缸无杆腔的有效面积，单位m²；

      B_p—活塞及负载等运动部件的粘性阻尼系数，单位N·s/m；

      F₀—油缸初始负载力，单位N；

4）建立轧制力模型：

平均单位压力公式为：

P‾=K(ex-1x),]]>

其中：x=μl′h‾;]]>

x的求解公式为：

x²=(e^x-1)y+z²，

式中：x=μl′h‾;]]>y=2cμh‾(K-q‾),]]>z=μlh‾;]]>

      μ—摩擦系数；

      —板材厚度平均值；

      K—平面变形抗力；

      —平均张力；

      l′—轧辊弹性变形后的变形区长度；

      l—轧辊弹性变形前的变形区长度；

求出x及平均单位压力，然后再乘以接触面积得到总的轧制压力；

5）建立厚度模型：

出口厚度为：

h=S0+PKs=Sm+Sn+P-P0Ks,]]>

式中：

h—轧件出口厚度，单位m；

S₀—空载辊缝值，单位m；

S_m—位移传感器测量的辊缝值，单位m；

S_n—压靠力作用下辊缝变化量；

P—轧制压力，单位KN；

K_s—轧机的等效负载刚度，单位N/m；

P₀—轧机预压靠压力，单位KN。