|带钢纠偏液压系统模糊PID 控制与仿真
邹永向 吴洪明
1 带钢系统的纠偏原理
带钢纠偏液压伺服系统由液压源、电液伺服阀、放大器、伺服液压缸、卷筒、位置检测传感器[1] 等部件组成 。 整个液压伺服系统是一个单位负反馈系统 。 光电传感器检测到带钢的位置发生偏移时 ， 将检测到的偏移信号作为这个系统的输入信号 ， 比较器比较检测到偏移信号与液压缸推动带钢移动的位移信号 ， 偏差信号经过放大器后作用于电液伺服阀上 ， 液压缸根据伺服阀开口大小执行相应的动作 ， 反复进行上述过程 ， 直到偏差信号为0 。 液压源为整个系统提供动力 。 整个带钢纠偏系统的结构原理简图如图1 所示 。
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1. 带钢 2. 光电传感器 3. 液压缸 4. 卷筒
图1 带钢纠偏系统结构原理简图
2 带钢液压纠偏系统分析与建模
带钢液压纠偏系统伺服部分的工作原理框图[2] 如图2 所示 。
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图2 液压伺服控制的原理
本文以具体的带钢液压系统为例进行分析 。 系统的要求：
1）液压缸推动卷筒运动时的最大速度v = 25 mm/s；
2）卷筒最大质量1 m = 18 000 kg ， 其余部分质量2 m = 22 000 kg；
4）液压缸工作行程L = 160 mm ;
5）控制系统最大调节速度不小于25 mm/s， 系统频宽ω ＞22 rad/s ， 最大加速度a = 5 mm/s2 ， 系统的最大误差e ＜±1.5 mm 。
2.1 系统主要参数计算
1）供油压力的选择
该系统采用恒压变量泵 ， 为了减小泄漏同时减少能量损失 ， 系统采用较低的供油压力 ， 取p s=5 MPa 。
2）伺服阀的规格及其空载流量的确定
为保证伺服系统在任何情况下均满足负载的要求 ， 以系统的最大负载进行计算
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式中：F Lmax 为最大负载力 ， N；m 为活塞及负载折算到活塞上的总质量 ， kg；x p 为活塞位移 ， m；B p 为活塞及负载的粘性阻尼系数；K 为负载弹性刚度 ， N/m；F L 为作用在活塞上的任意外负载力 ， N 。 由于该液压系统没有弹性负载 ， 且粘性阻尼系数一般很小 ， 可以忽略不计 ， 即K=B p=0；同时 ， 系统的外负载力主要是摩擦力 ， F L=fmg， 由工程经验知 ， 可取f =0.05 ， 则系统的最大负载力F Lmax=19 800 N 。
为保证该系统效率最大同时性能最优 ， 取负载压力
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则液压缸的有效面积
为了使该伺服系统的性能更优 ， 可以增大液压缸活塞的面积Ap ， 提高其液压固有频率[2] ， 因此 ， 负载压力可取更小值 。 选择内径32 mm、杆径25 mm 的伺服液压缸 ， 则
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伺服阀空载流量根据最大负载速度来确定 ， 并认为最大负载速度和最大负载力同时出现 。 则伺服阀空载流量[2]
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所选伺服阀压降Δ p =1.4 MPa ， 根据流量和伺服阀压降 ， 选择额定流量为90 L/min 的伺服阀可满足系统的要求 。
3）其他组成元件
由于检测器与放大器的时间常数非常小 ， 因此光电检测器的增益
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2.2 系统建模
1）动力元件的传递函数液压缸的流量连续方程为
