专利名称：热轧精轧机agc液压压下系统在线动态刚度测试方法
技术领域：
本发明涉及在线的液压设备的动态特性测试及分析方法，尤其涉及冶金行 业热轧精轧机AGC液压压下系统在线动态刚度测试的方法。
背景技术：
轧机液压AGC系统是机、电、液综合系统，由于采用电液伺服技术，使液 压AGC动态响应速度得以大幅度提高，厚度控制所需的时间大大縮短。正由于 液压AGC具有快速响应的特点，所以它在厚度控制过程中对提高成品带钢的精 度具有很大的现实意义。由于液压AGC系统实现轧机刚度的动态调节，这样不 仅可以做到在轧制过程中的实际辊缝值固定不变，即"恒辊缝控制"，从而保 证了实际轧制厚度不变。轧机液压AGC动态特性，关系到设备运行、生产安全、 产品质量的重大问题，通过热轧精轧机AGC动态特性分析，对设备状态监测、 故障诊断及性能评估都有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热轧精轧机AGC液压压下系统在线 动态刚度测试方法。通过动态刚度的在线测试反映设备的运行状态。
为解决上述技术问题，本发明热轧精轧机AGC液压压下系统在线动态刚度 测试方法，包括轧机、轧辊及电液伺服控制系统，在控制系统中有测油缸位移 信号的位移传感器、测轧制力信号的压力传感器和测带钢厚度的测厚传感器， 其组成三个反馈回路并组成闭环控制系统，所述方法包括如下步骤，
步骤一、通过所述电液伺服控制系统在一时间周期内同步采样轧机的轧制 力信号F (t)和油缸位移信号S(t);
步骤二对所采集的轧制力信号F (t)和油缸位移信号S(t)进行物理量转 换，对所测得的位移和压力传感器的电压信号转换为工程量，轧制力F以力的单位牛顿(N)，位移量S用长度单位微米(um)来表示；
步骤三、对所转换的轧制力量和油缸位移量进行快速傅立叶(FFT)变换为 幅值谱进行计算，得出轧制力F (co)和油缸位移S(co);
步骤四、根据轧制力F (oo)和油缸位移S(co),计算动态刚度G(co)=F (co )/S( oo );
步骤五、根据计算得出的动态刚度，采用BODE图工具分析传递函数的幅 频和相频特性，由动态刚度的幅频特性测得系统的液压固有频率"h，转折频率 2"h"和液压弹簧刚度Kh等系统参数，其中L为液压阻尼比，而这些参数与 设备故障密切相关，通过动态刚度的在线测试反映设备的状态。
由于本发明的热轧精轧机AGC液压压下系统在线动态刚度测试方法采用了上
述技术方案，通过对原始信号的分析，采用有针对性的数据计算方法，提高了分 析的精度更能真实地反映系统实际的工况和状态，利用BODE图等控制系统分析工 具定量分析AGC系统的参数，有利于进一步对AGC液压控制系统进行故障诊断。 利用此方法可快速分析故障原因，达到减少设备非计划停机时间，提高生产效率。
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明
图1为热轧精轧机AGC控制系统工作原理方框图，
图2为热轧精轧机AGC控制系统开环传递函数方块图，
图3为热轧精轧机AGC控制系统动态刚度BODE图，
图4为本热轧精轧机AGC液压压下系统在线动态刚度测试方法流程图。
具体实施例方式
如图4所示，本发明热轧精轧机AGC液压压下系统在线动态刚度测试方法， 包括轧机、轧辊及电液伺服控制系统，在控制系统中有测油缸位移信号的位移 传感器、测轧制力信号的压力传感器和测辊缝信号的辊缝传感器，其组成三个 反馈回路并组成闭环控制系统，所述方法包括如下步骤，
步骤一、通过所述电液伺服控制系统在一时间周期内同步采样轧机的轧制 力信号F (t)和油缸位移信号S(t);
4步骤二对所采集的轧制力信号F (t)和油缸位移信号S(t)进行物理量转 换，对所测得的位移和压力传感器的电压信号转换为工程量，轧制力F以力的 单位牛顿(N)，位移量S用长度单位微米Um)来表示；
步骤三、对所转换的轧制力量和油缸位移量进行快速傅立叶(FFT)变换为 幅值谱进行计算，得出轧制力F (co)和油缸位移S(w);
步骤四、根据轧制力F (co)和油缸位移S(co)，计算动态刚度G(w)-F (co)/S(to);
步骤五、根据计算得出的动态刚度，采用BODE图工具分析传递函数的幅 频和相频特性，由动态刚度的幅频特性测得系统的液压固有频率coh，转折频率 2"h"和液压弹簧刚度Kh等系统参数，其中"为液压阻尼比，而这些参数与 设备故障密切相关，通过动态刚度的在线测试反映设备的状态。
热轧精轧机AGC压下系统一般有多机架组成，轧钢过程中多台机架组成一完整 的控制系统，但每台机架控制原理及工作方式一致，即采用电液伺服阀直接控制辊 缝。其工作原理在轧机操作侧和传动侧的牌坊上，各有一个压下油缸，两侧各有 一既有联系、又能独立工作的控制系统。在系统中有测油缸位移信号、测轧制力信 号和测厚信号等组成三个反馈回路并组成闭环控制系统。图1为热轧精轧机AGC 控制系统原理方框图。
根据经典控制论推导，热轧精轧机AGC控制原理可简化为系统开环传递函数方 框图，如图2所示。其传递函数的表达式为
y =
1 + ^
乂
4 + l + i
饥
饥
式中
饥
一综合固有频率，《。=%」1 + |^
\ [
^一综合阻尼比，《。=^
^一总流量一压力系数，n+c,(历5飼
5^一液压弹簧刚度<formula>formula see original document page 6</formula>液压固有频率，<formula>formula see original document page 6</formula>液压阻尼比<formula>formula see original document page 6</formula>私一轧机等效质量(kg);
及一轧机当量阻尼系数(N s/m); A2—负载弹簧刚度(N/m);
,一外负载力(N);
A—压下缸无杆腔面积(m2); G—压下缸内泄漏系数(m5/N s); K一从伺服阀主阀出口到压下缸活塞的初始容积(m3); 7—压下缸位移(m); 》s—油液有效容积模数(N/m2)。
上式得知，压下油缸的位移(y)受伺服阀阀芯位移(X0和轧制力(F)两部分
作用影响的。传递函数可分别表示为
<formula>formula see original document page 6</formula>
和
<formula>formula see original document page 6</formula>
根据上述传递函数推导，AGC位置控制的动态特性受伺服阀和轧制力共同 作用；轧制力在分析时可看作为系统的干扰；其动态特性分析有两部分组成， 一为AGC液压部分的动态特性，反映了系统本身固有的特性；二为动态柔度， 其倒数为动态刚度，其动态特性显示在轧制力干扰作用下，系统的位置精度特 性。动态刚度反映了位置闭环控制系统抗干扰能力。位置控制伺服系统理想闭 环刚度特征曲线如图3所示。反之，如果系统有故障发生，其动态刚度特性也 会随之发生变化。AGC压下装置液压数学模型的各参数都是系统本身的特性所决定的，可以通过 仿真、信号分析和数值计算处理求得。但是在理论推导过程中，由于省略了很多 环节，且相当一部分参数无法准确测量，所以理论分析与实际系统状态相差较大。
本发明主要技术特点是用现场测试方法直接测得轧制力和AGC液压缸的位移的工 程量，并采用FFT频域信号处理方法和BODE图等分析工具，在线检测和判断AGC 系统的工作状态和故障分析。
实际在线动态刚度测试时，考虑AGC为一个位置闭环控制系统，在咬钢和抛钢 瞬间，轧制力F(t)的变化从零快速达到设定值可简化为一阶跃信号，利用这一阶 跃变化触发对轧制力F(t)和AGC油缸位移量S(t)同步采样。阶跃信号在频域内有 各态历经特性，F(t)和S(t)通过快速傅立叶FFT变换在频域内可得到动态刚度的 传递函数关系。在信号处理与分析中，如果按文献上的方法采用功率谱解法，由于 测量的电压信号非常小，液压缸位移量和轧制力信号只有10—3 10—2V，且能量又与 电压成平方关系，功率的量值趋向于更小值。并且轧制力信号类似阶跃信号，根据 阶跃信号在大于10Hz的频域范围能量严重哀减特性，因此在功率谱的转换和相关 性运算中会产生较大的计算误差，影响到动态刚度的分析精度。本方法将所测的电 压信号转换为工程量，轧制力(F)以力的单位牛顿(N)，位移量(S)用长度单位微米 Um)来表示，快速傅立叶(FFT)变换为幅值谱进行计算，如下式表示，有效地减少
了对动态刚度的分析测量的计算误差。 G ( oo ) =F (co )/S ( o))
由于热轧精轧机的咬钢到平稳轧制过渡过程一般在0. 2-0. 3S时间，为保证分 析的精度，采样频率一般大于2KHz;用BODE图工具可分析传递函数的幅频和相频 特性，AGC液压压下电液伺服控制通常设计为最小相位系统，因此用幅频特性图就 可分析系统的动态特性。
由动态刚度的幅频特性可测得系统的液压固有频率"h,转折频率2w"h 和液压弹簧刚度Kh等系统参数，而这些参数与设备故障是密切相关的。因此， 可通过动态刚度的在线测试反映设备的状态。
权利要求
1、一种热轧精轧机AGC液压压下系统在线动态刚度测试方法，包括轧机、轧辊及电液伺服控制系统，在所述控制系统中有测油缸位移信号的位移传感器、测轧制力信号的压力传感器和测带钢厚度的测厚传感器，其组成三个反馈回路并组成闭环控制系统，其特征在于所述方法包括如下步骤，步骤一、通过所述电液伺服控制系统在一时间周期内同步采样轧机的轧制力信号F(t)和油缸位移信号S(t)；步骤二对所采集的轧制力信号F(t)和油缸位移信号S(t)进行物理量转换，对所测得的位移和压力传感器的电压信号转换为工程量，轧制力F以力的单位牛顿(N)，位移量S用长度单位微米(μm)来表示；步骤三、对所转换的轧制力量和油缸位移量进行快速傅立叶(FFT)变换为幅值谱进行计算，得出轧制力F(ω)和油缸位移S(ω)；步骤四、根据轧制力F(ω)和油缸位移S(ω)，计算动态刚度G(ω)＝F(ω)/S(ω)；步骤五、根据计算得出的动态刚度，采用BODE图工具分析传递函数的幅频和相频特性；由动态刚度的幅频特性测得系统的液压固有频率ωh，转折频率2ωhξh，液压阻尼比ξh和液压弹簧刚度Kh等系统参数，而这些参数与设备故障密切相关，通过动态刚度的在线测试反映设备的状态。
全文摘要
本发明公开了一种热轧精轧机AGC液压压下系统在线动态刚度测试方法，首先同步采样轧机的轧制力信号F(t)和油缸位移信号S(t)；对采集的信号进行物理量转换，将电压信号转换为工程量，并分别以牛顿(N)和微米(μm)表示；对上述工程量进行快速傅立叶(FFT)变换为幅值谱进行计算，得出轧制力F(ω)和油缸位移S(ω)；计算动态刚度G(ω)＝F(ω)/S(ω)；采用BODE图工具分析传递函数的幅频特性，以分析系统的动态特性。采用本方法可快速分析故障原因，进行故障诊断，达到减少设备非计划停机时间，提高生产效率。
文档编号G05B19/048GK101452278SQ20071017198
公开日2009年6月10日 申请日期2007年12月7日 优先权日2007年12月7日
发明者峰 刘 申请人:上海宝钢工业检测公司