伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统及其关键技术研究

“Non-sinusoidal Oscillation Generator for Continuous Casting Mold Driven by Servo Motor” was validated and authorized as a invention patent by the State Intellectual Property Office in 2007. This invention not only can avoid some shortages that exist in other existing devices, but also has some advantages, such as save energy and reduce consumption, have long performance life, etc.. On condition that hold self-owned intellectual property and have some devices in laboratory, the applicants want to develop a Management-Control Integration System of Non-sinusoidal (Sinusoidal) Oscillation for Continuous Casting Mold Driven by Servo Motor, do experiment and industrial application test, and do research on some key technologies of the system. The main research includes: 1) Integration design of the system and trial manufacture of the device. 2) Research on high precisely rotate-speed/ position tracking control of servo motor, and the smooth switching between position control when servo motor starts or stops and rotate-speed control during normal working. 3) Research on velocity or displacement tracking control algorithm of mold. 4）Design of simulation vibration table and its shock absorption for Continuous Casting Mold. 5) Research on real-time, accurately, smoothly switching control among different non-sinusoidal oscillation waveforms which will vary with change of the casting speed, in order to ensure the smoothness and stability of mold oscillation. And perform the experiment of the whole system in laboratory. 6) Perform industrial experiment on a flow of the billet caster in cooperative factory. In conclusion, this project has important practical value and theoretical significance, and it is worth of popularization.

“伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动发生装置”，可避免现有其它方式驱动结晶器振动的多种不足，具有节能降耗、使用寿命长等优点，于2007年批准为发明专利。申请人在拥有自主知识产权和现有实验条件的基础上，拟研究开发一套伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦(含正弦)振动管控一体化系统，进行实验室和工业试验，并对系统的关键技术进行研究。主要研究内容包括：1）系统的自主集成设计及试制。2）伺服电机转速/位置高精度跟踪控制研究；伺服电机启停时位置控制和正常工作时转速控制间的平稳切换控制研究。3）结晶器速度/位移系统跟踪控制算法的研究。4）结晶器模拟振动台及减震缓冲装置设计。5）结晶器非正弦振动波形随拉坯速度变化而产生的不同波形间的实时精准平稳切换控制研究，以保证结晶器振动的平稳性；以及整个系统的实验研究。6）在合作单位的方坯连铸机某1流上进行工业试验。该项目具有重要的实际价值和理论意义，具有广泛的推广价值。

连铸结晶器被喻为连铸机的心脏。钢水通过结晶器冷却成型，结晶器振动可避免钢水与结晶器粘连，改善铸坯质量。结晶器非正弦振动已被国内外连铸工作者确认为发展高效连铸的关键技术之一。. 相比于现有结晶器非正弦振动发生装置，伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动发生装置具有结构紧凑、占用空间小、节能降耗等优点。本项目在2007年获批的发明专利基础上，进行了伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统及其关键技术研究。主要研究内容如下：1）伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动管控一体化系统自主集成设计及结晶器模拟振动台的研制；2）伺服电机转速/位置跟踪控制研究；3）连铸结晶器速度/位移系统的跟踪控制研究；4）连铸结晶器振动装置的特性分析、新型非正弦振动波形函数的开发、连铸结晶器漏钢预报研究；5）伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统的实验室模拟实验；6）伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统的工业应用试验。. 项目组人员在执行期内完成了预期研究目标，取得了如下研究成果：. 1. 理论研究方面：在国内外刊物和会议上发表（包括录用待发表）与本项目相关的论文37篇（其中SCI收录11篇，EI收录15篇），这对于丰富永磁同步电机（伺服电机的一种）转速/位置跟踪控制、连铸结晶器速度/位移跟踪控制、连铸结晶器漏钢预报的理论研究成果具有重要的理论意义。. 2. 实验室模拟实验研究方面：研制了一套伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统样机，完成了两级计算机控制系统及伺服驱动系统的设计、优化；并参照工业现场的工况，在实验室进行了模拟实验研究，为工业应用试验奠定了良好基础。. 3. 工业现场应用试验方面：所研制的控制系统装置在合作单位——河钢集团宣钢公司一钢轧厂2号连铸机第8流上成功进行了工业应用试验，有效地减轻了铸坯振痕、提高了拉坯速度。目前该装置运行稳定，得到了合作单位的高度认可和好评。现正着手推广应用，为下一步的技术评价和省部级奖申报奠定良好基础。