轧机压下系统机电液耦合致振机理及主动自抑制方法

The rolling mill screw down system sets several subsystems of machinery, electronics, hydraulics, control in one. Under the action of responsing extreme frequency or external disturbances, the non design objective coupling between the subsystems may be excited, and causing machinery-electric coupling vibration or machinery- hydraulic coupling vibration,because coupling transmission this type vibration is machinery-electric-hydraulic coupling vibration in essence ,which will seriously impact product quality or even cause great destruction. Based on the machinery-electric-hydraulic coupling vibration characteristics, the real-time recognition on multi-source heterogeneous data fusion and the solution of active self-inhibiting on line are proposed.Understanding the laws of machinery-electric-hydraulic coupling vibration and real-time suppression have important scientific significance for improving rolling mill system control performance.The mechanism is explorated from the machinery-electric-hydraulic coupling angle, and the mathematics and the virtual prototype model on screw down system are established, and the mechanism of the machinery-electric-hydraulic coupling vibration is analyzed. Then the online real-time information collection and parallel data processing are studied, and the fault features are real-timely recognized by the multi-source heterogeneous data fusion. The controller of online real-time active vibration suppression is designed for fulfilling the active self-inhibition on line of machinery-electric-hydraulic coupling vibration through coupling pathway. The implementation of this project will provide a new method to solve machinery-electric-hydraulic coupling vibration of the screw down system,it will provides the reference for solving the coupled vibration problem of other complex machinery-electric-hydraulic coordination control system. .

轧机压下系统集机械、电子、液压、控制多个子系统于一体，在响应极值频率或外界扰动作用下，其子系统之间的非设计目的耦合可能会被激发，造成机电耦合振动或机液耦合振动，由于耦合的传递，该类振动实质上是机电液耦合振动，严重影响产品质量甚至造成重大破坏。本研究利用机电液耦合振动的特点，提出实时多源异类数据融合方法识别与在线主动自抑制的解决方案。掌握机电液耦合振动规律并实时抑制振动对于提高轧机压下系统性能具有重要的科学意义。本申请从机电液耦合角度进行机理探索，研究建立压下系统数学与虚拟样机模型，并分析机电液耦合致振机理。进而研究在线实时信息采集与并行数据处理，通过多源异类数据融合实时识别故障特征。设计在线实时振动主动抑制器，从耦合传递途径上进行投切控制，实现机电液耦合振动的在线主动自抑制。本项目的实施将提供一种解决压下系统机电液耦合振动的新方法，也为解决其它复杂机电液协同操纵系统的耦合振动问题提供借鉴。

液压压下系统具有组件多、负载复杂、参数时变等特点，该类系统振动涉及的因素较多，研究难度大，到目前仍是困扰轧钢业的一个技术难题。.本项目研究了轧机压下系统机电液耦合基础机理。研究考虑位移反馈机构动刚度机电液耦合理论，通过建立的多自由度质量弹簧无阻尼运动微分方程，可灵活分析机电液耦合动力学特性，选取特征参数，定性分析致振参数及其致振机理，建立了考虑机电液耦合特性的等效质量及等效刚度的质量矩阵模型。研究了轧机压下系统机电液耦合虚拟样机研究与试验研究, 以六辊冷轧机压下装置为研究对象，根据轧机的工作原理，在Pro/E三维实体建模软件环境下，进行六辊轧机的轧辊、支承辊、轴承、轴承座及机架的结构设计，用ADAMS机械设计软件设计搭建轧机的机械模型,并用simulink对控制进行仿真分析，设计了PI-DOB 控制器，提高了轧机压下电液伺服系统的扰动抑制性能。实现了轧机机电液耦合振动的在线故障识别，设计了一种在线监测诊断系统，实现了机电液耦合振动实时信号并行采集与处理，而且系统具有远程访问的图形用户界面；设计了一种轧机压下系统机电液耦合垂向振动的测量装置，同时从机械、电气、液压三方面采集信号，并通过信号处理分析对轧机机电液耦合垂向振动进行在线检测识别和报警的装置。设计了在线振动抑制器，选择数字信号处理功能强大的FPGA芯片实现自适应陷波滤波处理，对其进行了变步长迭代算法改进了LMS算法的收敛性，设计了A/D转换接口以及并行数字信号接口以提高滤波器的实用性。.项目执行过程中取得的主要成就有：发表期刊论文13篇，其中被SCI收录2 篇，EI收录4 篇，中文核心6篇，会议论文1篇(EI收录）；申请国家发明专利6项，其中已授权5项，软件著作权1项，参加国内、国际会议11次，在本项目的资助下，培养硕士5名，博士生3名。.本项目研究不仅对解决轧机液压压下系统振动具有重要意义，而且研究成果可应用到航空、武器、工程机械、船舶、大功率振动台及其 它冶金行业等需要考虑机电液耦合关系的液压控制领域。