结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统，所述结晶器非正弦振动装置采用液压伺服驱动，其液压缸内设有获取其推杆位移数据的位置传感器，包括控制单元、第一PID控制器、放大器、伺服阀和第二PID控制器，所述控制单元与所述位置传感器分别与所述第一PID控制器电连接，所述第一PID控制器与所述放大器电连接，所述放大器与所述伺服阀电连接，所述伺服阀与所述第二PID控制器电连接，所述第二PID控制器与所述液压缸电连接。本发明专利技术提供一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统及控制方法。系统及控制方法。系统及控制方法。

【技术实现步骤摘要】
结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及连铸领域。更具体地说，本专利技术涉及一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统及控制方法。

技术介绍

[0002]长期以来，结晶器振动装置驱动机构，普遍采用的是以电机、减速机、偏心轮为核心组件来构成正弦振动系统。正弦波振动装置在连续铸钢发展史上堪称为“功不可没”。几十年来，正弦振动以其简洁的设备构件及其控制逻辑，在结晶器凝固坯有效脱模环节起到了非常重要的作用。以至于现在，仍然有很多钢铁企业采用正弦振动装置进行连续浇注。
[0003]随着连铸技术的不断发展，人们逐渐认识到，在一个振动波周期里，当振动装置向下运动时其运动速度超越连铸坯拉速并与其形成一定量的负滑动，而当负滑动时间tn在一定合适范围内(比如0.1～0.25s)时，对铸坯表面质量、铸坯拉裂愈合、提高拉速方面是非常有益的。
[0004]通过正弦振动波函数，导出正弦振动的负滑动时间为：t
n
＝60/(πf)*cos
‑1(1000*V
c
/(πfA))
[0005]其中：t
n
负滑动时间，s；f为振动频率，min
‑1；A振幅，mm；V
c
拉速m/min。
[0006]实践表明，较大的负滑动时间铸坯表面振痕较深，对铸坯表面质量不利；而较小的负滑动时间铸坯表面振痕较浅，对铸坯表面质量有利。从上式可以看出，当拉速一定时，调节振动频率和振幅即可调节负滑动时间。进一步研究发现，正弦波函数采取高频率、小振幅能够获得较合适的负滑动时间。但是，一方面，过高的频率容易导致系统的不稳定性；另一方面，过小的振幅也不利于结晶器保护渣的进入。显然，正弦波函数仅依靠调整振幅和振频两个可变参数，使得振动机构综合性能很难得到满足，也即很难实现既能获得较合适的负滑动同时又能保证系统的稳定性和结晶器良好的润滑。为改变这种局限性，在正弦波函数的基础上引入一个变量，即：偏斜率h，以此增加振动波形的调整变量或者调节能力，此时，负滑动时间t
n
可按下式计算：t
n
＝60(1
‑
h)/(πf)*cos
‑1(1000*V
c
(h
‑
1)/(πfA))，其中，h为偏斜率，％。
[0007]通过引入偏斜率(也称非正弦率)以后，欲获得较合适的负滑动时间，不必一味追求高频率、低振幅。当频率、振幅协同调整受限时，通过适当改变偏斜率即能得到较好的负滑动时间。
[0008]非正弦振动波形函数特点表现为：在同一个波形周期里，上升周期长而下降周期短，下降的速度快于上升速度。非正弦振动波形与正弦波形函数相比不仅仅是简单地多了一个调整变量，更重要的是由于非正弦波上升平稳下降快速的运动特点改变了因正弦波的运动对称性。这样，系统在获得合适负滑动时间的同时避免了上升过程正滑动带来的负面影响。
[0009]结晶器非正弦振动装置已经广泛应用于连铸生产实践中。它对于改善铸坯质量，提高拉坯速度和提高连铸生产效率，以及实现连铸生产智能化具有非常重要的现实意义。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是提供一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统及控制方法。
[0011]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统，所述结晶器非正弦振动装置采用液压伺服驱动，其液压缸内设有获取其推杆位移数据的位置传感器，包括控制单元、第一PID控制器、放大器、伺服阀和第二PID控制器，所述控制单元与所述位置传感器分别与所述第一PID控制器电连接，所述第一PID控制器与所述放大器电连接，所述放大器与所述伺服阀电连接，所述伺服阀与所述第二PID控制器电连接，所述第二PID控制器与所述液压缸电连接。
[0012]本专利技术还提供一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制方法，采用上述的结晶器非正弦振动装置的控制模型，包括以下步骤：
[0013]S1、确定结晶器振动台架的运动负荷的函数和目标波形曲线及其函数，并计算液压缸的推杆的运动负荷的函数和目标波形曲线及其函数，其中所述目标波形曲线至少包括位移曲线、速度曲线和加速度曲线；
[0014]S2、建立所述结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统对应的传递函数方框图，并确定所述传递函数方框图中伺服阀传递函数和液压缸传递系数，以及伺服阀放大器增益系数和位移传感器增益系数；
[0015]S3、基于所述传递函数方框图以及S2中得到的数据，建立计算模型；
[0016]S4、根据位置传感器获取的推杆的位移数据，计算液压缸的推杆的跟踪曲线的函数；
[0017]S5、将S4中得到的液压缸的推杆的跟踪波形曲线的函数输入到所述第一PID控制器内，并将液压缸的推杆的运动负荷的函数输入到所述第二PID控制器内，通过所述计算模型计算得到修正后的液压缸的推杆的跟踪曲线；
[0018]S6、将S5得到的修正后的液压缸的推杆的跟踪曲线与S1中液压缸的推杆的目标波形曲线进行对比，并根据二者之间的响应时间和幅值误差调整第一PID控制器的设定参数，对系统进行调整。
[0019]优选的是，所述的一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制方法中，S1中结晶器振动台架的位移曲线的函数为：
[0020]X(t)＝Asin[2πft
‑
h sin(2πft)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0021]其速度曲线的函数为：
[0022]V＝A[ω
‑
hωcos(ωt)]cos[ωt
‑
h sin(ωt)]*0.06
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0023]其加速度曲线的函数为：
[0024]a＝Aω2hsin(ωt)cos[ωt
‑
h sin(ωt)]‑
Aω2[1
‑
hcos(ωt)]2sin[ωt
‑
h sin(ωt)](3)
[0025]其运动负荷为：
[0026]F
c
(t)＝Ma+B
p
V+Mg+F
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0027]上式中，A为振幅，mm；f为振频，次/s；h为偏斜率，％。；ω为角速度，度/s；M为运动质量，kg；g为重力加速度，10m/s2；B
p
为等效粘性阻力系数；F
f
为等效阻力负荷；
[0028]由上式(1)
‑
(4)，计算得到：
[0029]液压缸的位移曲线的函数为：
[0030]X
c
(t)＝
‑
AB sin[2πft
‑
h sin(2πft)]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统，所述结晶器非正弦振动装置采用液压伺服驱动，其液压缸内设有获取其推杆位移数据的位置传感器，其特征在于，包括控制单元、第一PID控制器、放大器、伺服阀和第二PID控制器，所述控制单元与所述位置传感器分别与所述第一PID控制器电连接，所述第一PID控制器与所述放大器电连接，所述放大器与所述伺服阀电连接，所述伺服阀与所述第二PID控制器电连接，所述第二PID控制器与所述液压缸电连接。2.一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制方法，采用如权利要求1所述的结晶器非正弦振动装置的控制模型，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定结晶器振动台架的运动负荷的函数和目标波形曲线及其函数，并计算液压缸的推杆的运动负荷的函数和目标波形曲线及其函数，其中所述目标波形曲线至少包括位移曲线、速度曲线和加速度曲线；S2、建立所述结晶器非正弦振动装置的液压振动控制系统对应的传递函数方框图，并确定所述传递函数方框图中伺服阀传递函数和液压缸传递系数，以及伺服阀放大器增益系数和位移传感器增益系数；S3、基于所述传递函数方框图以及S2中得到的数据，建立计算模型；S4、根据位置传感器获取的推杆的位移数据，计算液压缸的推杆的跟踪曲线的函数；S5、将S4中得到的液压缸的推杆的跟踪波形曲线的函数输入到所述第一PID控制器内，并将液压缸的推杆的运动负荷的函数输入到所述第二PID控制器内，通过所述计算模型计算得到修正后的液压缸的推杆的跟踪曲线；S6、将S5得到的修正后的液压缸的推杆的跟踪曲线与S1中液压缸的推杆的目标波形曲线进行对比，并根据二者之间的响应时间和幅值误差调整第一PID控制器的设定参数，对系统进行调整。3.如权利要求1所述的一种结晶器非正弦振动装置的液压振动控制方法，其特征在于，S1中结晶器振动台架的位移曲线的函数为：X(t)＝Asin[2πft
‑
h sin(2πft)]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其速度曲线的函数为：V＝A[ω
‑
hωcos(ωt)]cos[ωt
‑
h sin(ωt)]*0.06
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)其加速度曲线的函数为：a＝Aω2hsin(ωt)cos[ωt
‑
h sin(ωt)]
‑
Aω2[1
‑
hcos(ωt)]2sin[ωt
‑
h sin(ωt)](3)其运动负荷为：F
c
(t)＝Ma+B
p
V+Mg+F
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)上式中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉祥，唐林，戴荟贤，陈春雷，张炳嵩，林兴，
申请(专利权)人：武汉高智达连铸智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：