基于辊缝耦合特性的连轧机振动控制研究

【摘要】连轧机普遍存在振动问题。轧制板带越薄、速度越高，振动问题就越严重。连轧机的振动问题主要表现为压下系统的垂直振动和主传动系统的扭转振动，在以往轧机振动的研究中,由于扭转振动频率远低于垂直振动频率，一般是将轧机主传动系统的扭振和轧机机座的垂振分开来研究。然而随着轧制速度的提高，垂扭耦合振动将不可避免。揭示轧机垂振和扭振之间的相互影响，是轧机振动研究领域的新课题。本文以某型轧机为研究对象，对主传动系统和垂直压下系统分别进行了动力学分析，并建立了垂扭耦合振动模型。主要研究内容如下：（1）对轧机垂直振动机理进行了分析，建立轧辊和机架的动力学模型，为垂扭耦合动态模型的建立，提供基础。（2）分析了轧机传动系统的扭振产生机理，建立了研究轧机的基于集中参数建模方法多级分支式集中参数系统模型和单支直串式集中参数系统模型，运用机械动力学原理，对建立的扭振系统模型进行求解，并对结果仿真分析。（3）对垂振和扭振系统以及轧制界面机理进行了探索，研究基于辊缝非稳态润滑状态的动态轧制力，包括辊缝的几何模型及应力分布情况。在上述分析的基础上，建立垂扭耦合状态方程描述的数学模型，在轧机的几个线性化假设的条件下，推导出振动系统的传递函数矩阵，并转化为状态方程描述的垂扭振动综合系统。其次，对建立的状态方程进行分析，优化系统结构。在线性范围内，通过状态反馈解耦控制器设计，对耦合模型进行解耦，并利用Matlab/Simulink分析软件，对解耦效果进行验证。本文的研究结果揭示了轧机垂振和扭振之间的相互关系，建立了垂扭耦合模型，并通过控制器设计对其进行解耦，得到了耦合模型的动态特性，为轧机动力学设计提供了理论依据。
【作者】黄彬城；
【导师】马维金；
【作者基本信息】中北大学，机械制造及其自动化，2014，硕士
【关键词】轧机；轧制界面；垂扭耦合；动力学模型；状态空间反馈；

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