一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冷轧张力控制技术领域，特别是涉及一种直拉式冷轧实验机液压张力 控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 直拉式冷轧实验机作为冷轧工艺及轧件产品研宄开发的关键实验设备，通过冷轧 实验机左、右两侧的张力液压缸对轧件施加张紧力，并进行恒张力轧制。
[0003] 但是，想要实现恒张力轧制并非易事，首先必须保证张力控制的精度，而影响张力 控制精度的因素又有许多，包括轧制过程中控制对象的时变性、非线性以及左、右张力间的 强耦合作用，想要实现高精度的张力控制将变的非常困难。
[0004] 为了满足恒张力轧制，并实现高精度张力控制，本领域的技术人员公开了一种"实 现带钢轧制恒张力控制的比例控制液压系统"的发明专利，专利申请号为200710010015. 6， 且在该专利中公开了一种用比例溢流阀实现带钢轧制恒张力控制的方法，通过该方法在低 轧制速度及大张力条件下，能够具有良好的稳态控制精度及较高的动态响应速度。但是， 在实际应用过程中，当轧制速度较高且张力较小时，左、右张力控制的效果就不太理想，受 到比例溢流阀流量压力特性、非线性区及死区特性的影响，随着轧制速度的升高，比例溢流 阀的溢流量会增加很多，导致比例溢流阀的调节难度加大，从而造成张力波动；当张力较小 时，比例溢流阀的输入信号较小，而输入信号往往处于比例溢流阀的非线性区甚至死区，从 而影响张力控制精度。
[0005] 本领域的技术人员还公开了一种"基于速度前馈的直拉式冷轧张力控制方法"的 发明专利，专利申请号为201210048625. 6,且在该专利中公开了一种速度前馈结合张力反 馈PID控制策略，该控制策略的目的是实现张力液压缸与轧制速度的精确匹配，但是，这种 精确匹配是有前提条件的，即轧件在轧机出、入口的线速度被精确预测，而影响预测精度的 主要因素包括前滑率及后滑率。在冷轧过程中，影响前滑率及后滑率的因素有很多，包括 压下率、乳件厚度、摩擦系数、乳辊直径及张力因素等，对于不同材料、不同轧制工艺也会影 响前滑率及后滑率，进而使前滑率及后滑率的高精度预测变得非常困难。虽然在轧制过程 中，前滑率及后滑率能够通过左、右张力液压缸的实际运动速度及轧机的实际转速进行计 算修正，但在轧制过程的起车瞬间，计算尚未开始，需要给前滑率及后滑率设定一个初始预 测值，而该初始预测值具有不确定性，这极大影响了起车阶段的张力控制精度。
[0006] 可以看出，现有技术的鲁棒性不强，这直接影响到了张力控制的精度，因此，亟需 一种能够有效增强张力控制系统鲁棒性的方法，以提高张力控制精度。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统 及方法，能够有效增强张力控制系统的鲁棒性，从而提高张力控制精度。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种直拉式冷轧实验机液压张力 控制系统，包括左张力液压缸、右张力液压缸、液压泵、恒背压控制单元、左张力控制单元及 右张力控制单元；
[0009] 所述恒背压控制单元的进油口与液压泵的出油口相连通，恒背压控制单元的回油 口与液压泵的供油油箱相连通；在所述恒背压控制单元内还设置有第一压力测量口和第二 压力测量口，在第一压力测量口连接有第一压力表，在第二压力测量口连接有第二压力表； 所述恒背压控制单元的出油口与左张力控制单元的背压进油口及右张力控制单元的背压 进油口相连通；
[0010] 所述左张力控制单元的高压进油口与高压油输入口相连通，左张力控制单元的回 油口与高压油供油油箱相连通；在所述左张力控制单元内还设置有第一背压测量口、第一 工作油口、第二工作油口及第一有杆腔压力测量口，在第一背压测量口连接有第一油压传 感器，第一工作油口与左张力液压缸的无杆腔相连通，第二工作油口与左张力液压缸的有 杆腔相连通，在第一有杆腔压力测量口连接有第二油压传感器；
[0011] 所述右张力控制单元的高压进油口与高压油输入口相连通，右张力控制单元的回 油口与高压油供油油箱相连通；在所述右张力控制单元内还设置有第二背压测量口、第三 工作油口、第四工作油口及第二有杆腔压力测量口，在第二背压测量口连接有第四油压传 感器，第三工作油口与右张力液压缸的有杆腔相连通，第四工作油口与右张力液压缸的无 杆腔相连通，在第二有杆腔压力测量口连接有第三油压传感器。
[0012] 所述恒背压控制单元包括第一单向阀、第一溢流阀及第二溢流阀，所述恒背压控 制单元的进油口与第一单向阀入口、第一溢流阀入口及恒背压控制单元的第二压力测量口 相连通，第一单向阀出口与第二溢流阀入口、恒背压控制单元的出油口及第一压力测量口 相连通，第一溢流阀出口与第二溢流阀出口及恒背压控制单元的回油口相连通。
[0013] 所述左张力控制单元包括第一过滤器、第二单向阀、第三单向阀、第一蓄能器、第 一伺服阀及第一比例溢流阀，所述左张力控制单元的背压进油口与第一背压测量口及第一 工作油口相连通，左张力控制单元的高压进油口与第一过滤器入口相连通，第一过滤器出 口与第二单向阀入口相连通，第二单向阀出口与第一伺服阀的压力油口及第一蓄能器相连 通；所述第一伺服阀的工作油口与第一比例溢流阀入口、左张力控制单元的第二工作油口 及第一有杆腔压力测量口相连通，第一比例溢流阀出口与第一伺服阀的回油口及第三单向 阀入口相连通，第三单向阀出口与左张力控制单元的回油口相连通。
[0014] 所述右张力控制单元包括第二过滤器、第四单向阀、第五单向阀、第二蓄能器、第 二伺服阀及第二比例溢流阀，所述右张力控制单元的背压进油口与第四工作油口及第二背 压测量口相连通，右张力控制单元的高压进油口与第二过滤器入口相连通，第二过滤器出 口与第五单向阀入口相连通，第五单向阀出口与第二伺服阀的压力油口及第二蓄能器相连 通；所述第二伺服阀的工作油口与第二比例溢流阀入口、右张力控制单元的第二有杆腔压 力测量口及第三工作油口相连通，第二比例溢流阀出口与第二伺服阀的回油口及第四单向 阀入口相连通，第四单向阀出口与右张力控制单元的回油口相连通。
[0015] 采用所述的直拉式冷轧实验机液压张力控制系统的控制方法，包括如下步骤：
[0016] 步骤一：启动液压泵，同时高压油输入口接通高压油；
[0017] 步骤二：在液压系统首次运行时，手工调节恒背压控制单元中第一溢流阀、第二溢 流阀的设定压力，具体过程如下：
[0018] ①给第一伺服阀、第二伺服阀同时输入正的控制信号，使第一伺服阀的工作油口 与第一伺服阀的回油口相连通，使第二伺服阀的工作油口与第二伺服阀的回油口相连通， 左张力液压缸、右张力液压缸的活塞在无杆腔背压推动下伸出至极限位置，并保持静止状 态；
[0019] ②手工调节第一溢流阀至设定压力Pyll，手工调节第二溢流阀至设定压力Pyl2， 且使 Pyll = Pyl2 ;
[0020] 步骤三：给第一比例溢流阀及第二比例溢流阀输入额定控制信号，同时利用第一 伺服阀、第二伺服阀、第一位移传感器和第二位移传感器，使左张力液压缸和右张力液压缸 工作在位置闭环状态并装夹待轧试件；
[0021] 步骤四：确定第一伺服阀的控制量SV1、第二伺服阀的控制量SV2、第一比例溢流 阀的控制信号PVz及第二比例溢流阀的控制信号PVy，具体过程如下：
[0022] ①根据乳制规程，确定设定乳制速度Vs及乳制方向，通过设定乳制速度Vs及乳制 方向分别计算出第一伺服阀的控制量SVl和第二伺服阀的控制量SV2,并对第一伺服阀和 第二伺服阀进行实际控制；
[0023] 其中，第一伺服阀的控制量SVl及第二伺服阀的控制量SV2的计算过程如下：
[0024] 1)当轧制方向为由左向右时，第一伺服阀处于工作油口向回油口通油状态，第二 伺服阀处于压力油口向工作油口通油状态；
[0025] 其中，第一伺服阀的控制量SVl的计算公式为：
[0026]
【主权项】
1. 一种直拉式冷轧实验机液压张力控制系统，其特征在于：包括左张力液压缸、右张 力液压缸、液压泵、恒背压控制单元、左张力控制单元及右张力控制单元； 所述恒背压控制单元的进油口与液压泵的出油口相连通，恒背压控制单元的回油口与 液压泵的供油油箱相连通；在所述恒背压控制单元内还设置有第一压力测量口和第二压力 测量口，在第一压力测量口连接有第一压力表，在第二压力测量口连接有第二压力表；所述 恒背压控制单元的出油口与左张力控制单元的背压进油口及右张力控制单元的背压进油 口相连通； 所述左张力控制单元的高压进油口与高压油输入口相连通，左张力控制单元的回油口 与高压油