比例阀控电液纠偏系统的设计与分析

　　在实际的生产过程中,各种外界干扰会对带钢的正常行走带来影响,从而使带钢跑偏。带钢跑偏会增大带钢的切边量,浪费钢材;带卷无法卷齐,严重影响带钢的卷取质量,减小成品率;甚至带钢边缘碰撞折边、拉坏设备并造成断带停产事故。因此,采用纠偏控制系统使带钢定位尤为必要。然而传统带钢纠偏系统采用的电液伺服阀存在对油污敏感、维护困难、成本昂贵等很多问题。针对这个问题,作者用电液比例阀代替常用的电液伺服阀,设计了采用比例阀的电液控制系统,建立了系统的数学模型。利用MATLAB仿真工具中的SIMULINK模块分析了系统的稳定性,同时分析了系统的动态响应特性。结果表明,系统满足了带钢纠偏控制对稳定性、响应快速性与控制精度的要求。

　　1　系统参数

　　已知设计参数及控制系统要求为:

　　带卷重量G₁=150 000 N;

　　卷曲机机座重量G₂=180 000 N;

　　最大卷曲速度v₀=5 m/s;

　　摩擦因数μ=0·3。

　　2　系统设计

　　该纠偏系统由光电传感器、电子放大器、电液比例阀、阀控液压缸、液控阀组、电磁换向阀、溢流阀、卷取机和液压能源装置等组成。其主要控制线路的系统框图如图1示。

　　基于图1所示框图,根据工作情况,设计了该系统相应的工作状态,完成不同的功能以满足各种需要。设计的系统原理图如图2所示。

　　(1)自动控制状态

　　阀12位于左位,阀11位于右位,阀10位于中位。阀A和B双向导通,使卷取机液压缸可以工作,单向阀C和D反向截止,以保证检测器液压缸的活塞与钢筒相对静止,因为检测器液压缸与卷取机连为一体,这样检测器与检测器液压缸都跟随卷取机按相同规律动作,实现单位反馈控制带钢跑偏。

　　(2)检测器液压缸工作状态

　　这种状态用于系统投入工作前,需先使比例阀和检测器液压缸相通,将传感器自动调零。然后转换油路使比例阀和检测器液压缸相通,系统投入自动控制?带钢跑偏的工作。

　　当电磁换向阀12位于右位,系统处于检测器工作状态。而如果此时电磁阀10在中位、电磁阀11在右位,那么检测器液压缸就被自动控制;如果电磁阀10不在中位、电磁阀11在左位,那么检测器液压缸就被手动控制。

　　3　系统数学建模

　　为了简化计算,现做如下假设:

　　(1)液压油源压力恒定;

　　(2)活塞杆的位移与压力差成正比;

　　(3)阀至液压缸两侧管路总容积可忽略;

　　(4)回油压力为0。

　　相对系统来说,位置传感器和控制放大器看成比例环节,传递函数分别是ka和kt,电液比例阀也可近似地看成比例环节kv。