罗翔晏

摘 要：论文介绍了自动控制技术是全液压地下卷取机的关键核心技术，该技术将直接影响钢卷的卷取质量。本文通过建立全液压地下卷取机的卷筒液压系统、助卷辊液压系统、夹送辊液压系统和侧导板液压系统各系统的数学模型，得到各系统的传递函数。论文结合系统工程、流体力学和经典控制论等理论，并利用MATLAB的仿真工具箱SIMULINK，建立了全液压地下卷取机液压系统的计算机仿真模型。在此基础上，对模型作了计算机仿真，并应用仿真结果对全液压地下卷取机的卷筒液压系统、助卷辊液压系统、夹送辊液压系统和侧导板液压系统各系统工作稳定性分析。对于液压伺服系统的设计、设备调试和维护管理具有重要的实际意义。

关键词：液压伺服系统；传递函数；动态建模与仿真；SIMULINK

引言

随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，液压传动与控制系统本身越来越复杂，要求的传递动力范围更大、控制精度更高，系统柔性化与系统各种性能要求更高，所有这些都对液压系统的设计提出了新的更高的要求。采用传统的以完成执行机构预定动作循环和满足系统静态特性要求的系统设计远远不能满足上述要求。因此对于现代液压系统的设计研究人员来说，对液压传动与控制系统进行动态特性研究，了解和掌握液压系统工作过程中动态工作特性和参数变化，以便进一步改进和完善液压系统，提高液压系统的响应特性，提高运动和控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

液压系统动态特性是其在失去平衡状态到达新的平衡状态这一过程，所表现出来的特性，引起此动态过程的原因归纳起来主要有两个：一个是传动与控制系统的过程变化引起的；另一个是由外界干扰引起的。在这一过程中，系统中各参变量都在随时间变化，这种变化过程性能的好坏，就决定系统动态特性的优劣。研究液压系统动态特性的主要问题有两个方面：一方面是稳定性问题，即高压系统中压力瞬间峰值与波动情况，主要分析液压系统是否会因为压力峰值过高而产生压力冲击，或系统经过动态过程后，是很快到达新的平衡状态，还是形成较持续的振荡；另一方面是过渡过程品质问题，即执行机构和控制机构的响应品质和响应速度，主要研究系统达到新的稳定状态所经历的过渡时间，达到压力峰值的时间以及速度、位移等参数随时间的变化等。

1.研究液压系统动态特性的主要方法

研究液压系统动态特性的主要方法有传递函数分析法、模拟仿真法、实验研究法和数字仿真法等。

1.1 传递函数分析法

传递函数分析法是基于经典控制理论的一种研究方法。用经典的控制理论对液压系统进行动态特性分析通常只限于单输入、单输出的线性系统，一般先建立系统的数学模型，写出其增量形式，然后进行拉普拉斯变换，从而写出传递函数，再将传递函数用波德图表示。通过相频曲线或幅频曲线分析其响应特性，或是进行拉普拉斯逆变换。遇到非线性问题，常常不考虑其非线性或简化成线性系统。因此用这种方法分析液压系统的动态特性具有一定的局限性，也不可避免的会出现误差。

1.2 模拟仿真法

模拟仿真法是在计算机特别是微型计算机还未发展到如今这样普遍的时候，用模拟计算机或模拟电路来进行液压系统动态特性的模拟分析方法。该方法具有接近实际情况、系统参数调整和调试简单以及运算速度快等优点，但最大的缺点是运算精度低。

1.3 实验研究法

用实验研究法分析液压系统的动态特性也是一种行之有效的研究手段，特别是过去还没有数字仿真等实用的理论研究方法是，只能依靠实验方法进行分析。通过实验研究可以直观地、真实地了解液压系统动态特性和参数变化，但是用这种方法分析系统周期长、费用高、且往往不具有通用性。如今，实验研究法常常作为对重要的液压系统动态特性的数字仿真或其他理论研究结果进行验证的手段，或是作为对液压系统动态建模与仿真方法、对所建模型与仿真结果进行验证的方法与手段。

1.4 数字仿真法

随着控制理论的进步和计算机技术的发展，数字仿真法便是利用计算机技术研究液压系统动态特性的一种新方法。此方法先是建立液压系统动态过程的数字模型――状态方程，然后在计算机上求出各种主要变量在动态过程的时域解。数字仿真具有周期短和费用低等优点。

对液压系统进行仿真分析，不仅为系统的设计和调试提供了强有力的理论依据，而且在优化系统性能方面使得专业技术人员在调整系统参数时能够有的放矢。

2.卷取机自动控制原理研究

卷取机的主要设备有入口侧导板装置、夹送辊装置、机架、助卷辊装置、主传动装置、卷筒装置、卷筒活动支撑装置等，其中侧导板、夹送辊、助卷辊和卷筒采用液压伺服控制系.

3.结束语

上文对全液压地下卷取机的工艺进行较深入的研究，目的在于工艺更好地指导控制、设备维护、管理，稳定和提高产品质量。通过建立了全液压地下卷取机的卷筒液压系统、助卷辊液压系统、夹送辊液压系统和侧导板液压系统各系统的数学模型，得到了各系统的系统传递函数，借助MATLAB的仿真工具箱SIMULINK，建立了液压系统的计算机仿真模型，并得到了计算机仿真结果，通过应用仿真结果对液压系统进行了动态特性分析。使得我们能够更加深入学习卷取机液压伺服系统的原理，了解系统各环节参数的改变对整个系统的稳定性、精度的影响，对于设备调试和维护管理具有重要的实际意义。

但是，系统的动态特性分析涉及到多个学科的知识，分析过程中难免有考虑不周之处，这需要在今后进一步研究和探讨。

参考文献：

[1]曹鑫铭.液压伺服系统.冶金工业出版社，1990.

[2]雷天觉. 液压工程手册.机械工程出版社，1993.

[3]杨叔子，杨克冲.机械工程控制基础.华中理工大学出版社，2000.

[4]张志涌. MATLAB教程--基于6.x版本. 北京航空航天出版社，2002.

[5]成大先.机械设计手册.化学工业出版社，2004.

[6]李永堂等编著.液压系统建模与仿真.冶金工业出版社，2003.

[7]陆元章. 液压系统的建模与分析.上海交通大学出版社，1980.