[发明专利]轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置

说明书

技术领域

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，属于振动控制领域，该装置通过状态观测控制器实时判别振动源及振动特征，适时投切谐振比控制器，实现轧机压下系统机电液耦合振动的在线主动自抑制，适用于工程机械、农业机械、航空航天等各类机电液协同操纵系统的耦合振动抑制的场合。

背景技术

轧机压下系统是一个多质量体弹性连接的复杂机械动力学结构，在外部扰动下，如果机械系统、液压系统及电气系统的频率接近或吻合，整个压下系统会处于不稳定状态，造成机电液耦合振动，若不及时抑制，会造成巨大的经济损失。

传统上，从电气设计环节，常采用滞后滤波法和陷波滤波法，避开与机械系统固有频率相同的频率。滞后滤波法简单易行，但在控制环节引入了滞后，影响系统的动态响应特性。陷波滤波法在反馈环节通过设计滤波器躲避系统固有频率来消除耦合共振，但带宽固定，只适用扰动频率单一场合。从机械设计环节，可通过对机械系统的合理设计、改变液压谐振频率、连接刚度的调整等措施减小机电液耦合振动，但压下系统无法彻底避开固有频率分布丰富的机电液耦合系统。机电液系统固有的非线性、不确定性及未建模动态均会导致无法预知的耦合振动。

发明内容

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，其目的在于解决轧机压下系统机电液耦合振动问题，从而公开一种通过状态观测器实时在线状态估计与振动判别，适时投切谐振比控制器，消除或抑制轧机压下系统机电液耦合振动的在线主动自抑制控制装置。适用于工程机械、农业机械、航空航天等各类机电液协同操纵系统的耦合振动抑制的场合。

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，整套装置由轧机液压驱动单元、信号采集处理单元、振动自抑制控制单元1组成，所述轧机液压驱动单元由轧机20、液压缸19、伺服阀11、液压泵14、安全阀15和电动机12组成，所述信号采集处理单元由力传感器16、振动加速度传感器17、位移传感器18和信号采集处理器10组成，其中所述信号采集处理器10通过力传感器16、振动加速度传感器17和位移传感器18分别实时采集处理并输出轧制力信号F、机架垂直振动信号a和液压缸位移信号x，其特征在于所述振动自抑制控制单元1由液压缸位移控制器2、液压缸位移给定3、液压缸位移估计器4、状态观测控制器5、力控制器6、系统控制器7、谐振比控制器8和伺服放大器9组成，其中所述液压缸位移信号x分别与液压缸位移控制器2和状态观测控制器5相连，机架垂直振动信号a与状态观测控制器5相连，轧制力信号F与力控制器6相连；所述液压缸位移控制器2对液压缸位移信号x和液压缸位移给定3输出信号进行运算，液压缸位移控制器2的输出分别送给系统控制器7和液压缸位移估计器4；所述轧制力信号F经力控制器6运算后输出给系统控制器7，系统控制器7对力控制器6输出信号和液压缸位移控制器2输出信号进行控制运算，系统控制器7的输出送给谐振比控制器8；所述液压缸位移估计器4对液压缸位移控制器2输出的信号进行液压缸位移估计运算，液压缸位移估计器4的输出送给状态观测控制器5，状态观测控制器5对机架垂直振动信号a、液压缸位移信号x、液压缸位移估计器4输出的信号进行状态估计和振动故障判别运算，状态观测控制器5的输出送给谐振比控制器8；所述谐振比控制器8对系统控制器7和状态观测控制器5输出的信号进行线性求和运算，谐振比控制器8的输出送给伺服放大器9，伺服放大器9的输出送给伺服阀11，伺服阀11通过控制流量，实现轧机压下系统无振动时的正常工作和耦合振动时的在线主动自抑制控制。

本发明一种轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置，其优点在于：

在不影响系统动态性能情况下，振动自抑制控制单元能通过状态观测控制器进行在线状态估计和耦合振动判别，适时投切谐振比控制器，从而改变控制系统固有频率，消除或抑制机电液耦合振动，实现轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制。

附图说明

图1轧机压下系统机电液耦合振动在线主动自抑制控制装置原理图

1.振动自抑制控制单元 2.液压缸位移控制器 3.液压缸位移给定 4.液压缸位移估计器 5.状态观测控制器 6.力控制器 7.系统控制器 8.谐振比控制器 9.伺服放大器 10.信号采集处理器 11.伺服阀 12.电动机13.系统动力源 14.液压泵 15.安全阀 16.力传感器 17.振动加速度传感器18.位移传感器 19.液压缸 20.轧机

x.液压缸位移信号 a.机架垂直振动信号 F.轧制力信号。