羅應(yīng)義，劉 晶

（廣東韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司，廣東 韶關(guān) 512123）

在板材軋制過程中，由于軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)液壓伺服位置系統(tǒng)經(jīng)常存在不一致現(xiàn)象，引起兩側(cè)位置不同步，易造成產(chǎn)品質(zhì)量問題，所以提出了自抗擾同步控制。自抗擾同步控制可以減少軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)的誤差值，保證液壓伺服位置系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，從而提高單側(cè)子系統(tǒng)的抗干擾能力。

1 液壓伺服位置系統(tǒng)與自抗擾同步控制技術(shù)

液壓伺服位置系統(tǒng)是板材軋制控制系統(tǒng)中重要的組成部分，直接影響著產(chǎn)品的性能與質(zhì)量，其響應(yīng)速度與跟蹤精度會受到如氣溫、濕度以及機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間等多方面因素的影響。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于技術(shù)水平有限，再加上機(jī)械長時(shí)間處于高負(fù)荷情況下，導(dǎo)致軋機(jī)兩側(cè)液壓伺服位置系統(tǒng)無法同步運(yùn)行，軋制過程中出現(xiàn)跑偏等一系列問題，嚴(yán)重影響到正常生產(chǎn)。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對鋼鐵板材質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，要求不斷提高技術(shù)與創(chuàng)新能力來提高控制的精度?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者加大了對軋機(jī)液壓伺服位置同步控制的研究力度，并且針對現(xiàn)實(shí)中的一系列問題采取相應(yīng)措施，設(shè)計(jì)出各種同步控制解決方案。

我國目前對液壓伺服位置系統(tǒng)同步控制理論與實(shí)踐研究還處于初級階段，相應(yīng)技術(shù)手段與數(shù)據(jù)分析還不夠成熟，而且對于軋機(jī)兩側(cè)液壓伺服位置同步控制的研究多是從被控制對象角度出發(fā)的，也就是說通過建立被控制對象簡化后的模型，在系統(tǒng)參數(shù)還不夠準(zhǔn)確、全面的基礎(chǔ)之上來研究液壓伺服位置系統(tǒng)運(yùn)行的精度與模型精度之間的關(guān)系，從這過程中我們不難看出其缺乏一定的合理性與科學(xué)性，并且忽視了一些非線性成分。此外采用了流程較為復(fù)雜的算法來進(jìn)行計(jì)算，這樣的方法很難滿足當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)市場發(fā)展需求，無法應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中[1]。

由韓京教授提出的自抗擾技術(shù)，其理論思想是建立在科學(xué)、前面數(shù)據(jù)信息基礎(chǔ)之上，通過擴(kuò)張狀態(tài)觀測器來對整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行中受到的干擾因素進(jìn)行全過程估計(jì)與分析，最后將系統(tǒng)線性化為簡單、容易操控的純積分串聯(lián)型對象。自抗擾技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)有較大差距，不依賴系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，只需要少量的系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息，并且在一定程度突破了時(shí)間與空間的限制，具有速度快、超調(diào)小以及操作簡單等優(yōu)勢，當(dāng)前逐漸被人們認(rèn)可并接受，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。

2 相關(guān)問題分析

針對軋機(jī)兩側(cè)液壓伺服位置不同步問題，研究和設(shè)計(jì)需要綜合分析與探究系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)攝動(dòng)、外負(fù)載力波動(dòng)以及數(shù)據(jù)信息等各類因素。液壓伺服位置系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要由伺服閥、位移傳感器、伺服放大器以及位置控制器等組成。

采用四通閥控非對稱液壓缸，將液壓缸運(yùn)行狀態(tài)看成一個(gè)平衡方程，將負(fù)載等效到柱塞上，保證液壓缸在后期運(yùn)作過程中減少器具之間的摩擦。而伺服閥與液壓缸相比較，其速度比較快、響應(yīng)也比較明顯，所以，對于伺服閥與伺服放大器相銜接，然后在輸入與輸出環(huán)節(jié)傳遞相關(guān)參數(shù)信息，作為對比分析與處理[2]。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)研究

圖1 3450mm板材可逆軋機(jī)液壓伺服位置系統(tǒng)

通過上文設(shè)計(jì)方案，為了驗(yàn)證液壓伺服位置系統(tǒng)同步控制方法的科學(xué)性與有效性，必須經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)，以保證設(shè)計(jì)方案與實(shí)踐情況相符合。

我們以3450毫米板材可逆軋機(jī)液壓伺服位置系統(tǒng)為參考（圖1），找出其主體物理參數(shù)標(biāo)稱值，然后將液壓伺服位置同步控制系統(tǒng)與自抗擾同步控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真效果分析與對比，在自抗擾同步控制系統(tǒng)仿真組態(tài)設(shè)置為固定步長0.0001秒，并采用歐拉方程求解細(xì)分方程。對于無同步控制系統(tǒng)中兩側(cè)位置同步的誤差值最大可以設(shè)定為0.28毫米，也就是說如果超出這個(gè)數(shù)值范圍，意味著自抗擾同步控制系統(tǒng)失去穩(wěn)定性，從而無法實(shí)現(xiàn)完全同步。自抗擾同步控制系統(tǒng)中兩側(cè)壓下位置同步誤差最大值如果是0.035毫米，并在0.2秒之內(nèi)達(dá)到完全同步，說明子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能得到改善，也就是說系統(tǒng)的性能逐漸提高。

圖2 軋機(jī)兩側(cè)液壓伺服位置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

首先，對于被控制對象參數(shù)發(fā)生攝動(dòng)時(shí)的控制效果分析，在軋機(jī)正常運(yùn)行過程中，會受到不同因素的影響，比如來料質(zhì)量好壞、軸承油膜厚度變化以及是否存在機(jī)械故障等都會影響液壓伺服位置系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)發(fā)生較大變化時(shí)，自抗擾同步控制大大減小了同步的誤差值，同時(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能提高，并且改善了傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)子系統(tǒng)的適應(yīng)能力，從而實(shí)現(xiàn)兩側(cè)壓下位置的快速同步[3]。

其次，對于被控制對象發(fā)生波動(dòng)時(shí)的控制效果分析。在軋制過程中，軋機(jī)由于軋軸偏離中心，軋制力會不停地出現(xiàn)波動(dòng)反映，從而導(dǎo)致外負(fù)載力發(fā)生波動(dòng)。自抗擾控制器參數(shù)保持不變，軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)逐漸增加外負(fù)載力，這時(shí)會發(fā)現(xiàn)自抗擾同步控制不僅減小了液壓伺服位置系統(tǒng)兩側(cè)的跟蹤誤差值，而且使得兩側(cè)壓力位置快速同步，最終提高了兩側(cè)液壓伺服位置系統(tǒng)的抗干擾能力。

4 結(jié)語

本文對軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)與操作側(cè)液壓伺服位置系統(tǒng)不同步問題進(jìn)行探究，并通過仿真實(shí)驗(yàn)分析，提出了自抗擾同步控制策略。