伺服比例閥在銅帶軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

1．伺服比例閻的結(jié)構(gòu)及特性

系統(tǒng)選用的是BOSCH伺服比例閥NG6，其結(jié)構(gòu)如圖56所示。

這種伺服比例閥的特點(diǎn)是：

(1)采用大電流連續(xù)作用的比例電磁鐵，最大線圈電流達(dá)2.7A，功率達(dá)25W，提高了閥的工作可靠性及動態(tài)性能。

(2)采用差動變壓器檢測閥心位置，將位置信號反饋到比例放大器，與比例電磁鐵形成一個閉環(huán)位置電控系統(tǒng)，大大提高了比例電磁鐵的動靜態(tài)特性。

(3)采用帶鋼質(zhì)閥套的滑閥結(jié)構(gòu)，不但耐磨性提高，而且保證了閥所必須的零開口工作狀態(tài)，以確保中位時(shí)閥口的精確零遮蓋及提高了系統(tǒng)的快速性和控制精度。

(4)具有故障保險(xiǎn)位。當(dāng)系統(tǒng)意外斷電時(shí)，閥心自行進(jìn)入安全位，以確保控制系統(tǒng)的執(zhí)行元件處于安全狀態(tài)。

比例伺服閥采用與伺服閥一樣的性能考核指標(biāo)，閥的特性包括靜態(tài)特性和動態(tài)特性。靜態(tài)特性包括控制特性（輸出流量與輸入電壓或電流關(guān)系）、壓力特性和內(nèi)泄漏特性。該款比例伺服閥其流量/輸入信號關(guān)系為100%線性，比例伺服閥線性控制特性如圖57所示。

對用于閉環(huán)控制系統(tǒng)的閥來說，一個重要的指標(biāo)就是中位時(shí)的零重疊，零重疊的精確度由壓力增益曲線來表示，如圖58所示。它要求加工精度高，材料耐磨。

其他靜態(tài)性能指標(biāo)參數(shù)見下表，可見該款比例伺服閥靜態(tài)特性已達(dá)到傳統(tǒng)伺服閥的性能指標(biāo)。

比例伺服閥的靜態(tài)特性指標(biāo)

特  性	數(shù)  值
滯環(huán)	＜0.2%
重復(fù)誤差	＜0.1%
溫漂	＜1%,在ΔT＜40℃

動態(tài)性能是指對快速變化信號瞬態(tài)反映的能力，動態(tài)性能可用頻率響應(yīng)（波德圖）來表述，如圖59所示。

取幅頻寬（-3dB時(shí)的頻率）和相頻寬（相位滯后-90°時(shí)的頻率）中較小者作為閥的頻寬值，可知該款比例伺服閥的頻寬值約為65Hz。

2．伺服比例閥在銅帶軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

軋機(jī)最大軋制力為500kN，軋機(jī)剛度250t/mm，軋制最高速度為2.2～5m/s，成品出口厚度為0.2～0.6mm，公差要求在土5μm之內(nèi)，材質(zhì)為黃銅。液壓系統(tǒng)壓力為24MPa，系統(tǒng)流量為24L/min。

液壓厚度控制系統(tǒng)用來控制銅帶產(chǎn)品的縱向厚度公差在一定精度范圍之內(nèi)。該款比例伺服閥的最大壓力為31.5MPa，額定流量為40L/min（壓差為3.5MPa時(shí)），由此可見該比例伺服閥滿足液壓系統(tǒng)的要求。

液壓厚度控制系統(tǒng)具有響應(yīng)快、精度高等特點(diǎn)。其動態(tài)性能越好，對帶材厚度偏差的糾偏能力就越強(qiáng)。同時(shí)，軋制速度越高，對動態(tài)性能的要求也越高。控制系統(tǒng)頻寬（-3dB點(diǎn)）為13Hz左右。閥的頻寬約為系統(tǒng)頻寬的5倍，符合設(shè)計(jì)要求。由于該軋機(jī)軋速較低，系統(tǒng)控制周期為100ms，而閥的響應(yīng)時(shí)間(信號變化從0～100%)＜10ms。

由上表的數(shù)據(jù)可知，該款伺服比例閥的滯環(huán)、重復(fù)誤差等指標(biāo)已滿足閉環(huán)控制系統(tǒng)的要求。溫漂小，工作溫度范圍寬。

在系統(tǒng)調(diào)試過程中，可以方便地通過調(diào)節(jié)設(shè)置在控制室中的比例伺服閥放大器來實(shí)現(xiàn)調(diào)零±5%。放大器輸入信號電壓為±10V，控制系統(tǒng)經(jīng)限幅PID調(diào)節(jié)輸出電壓信號為±5V，在負(fù)載工作狀態(tài)下，液壓缸位置閉環(huán)控制精度達(dá)到±2μm。在動態(tài)工況下，系統(tǒng)響應(yīng)快速，厚控效果滿意。

構(gòu)建的液壓厚度控制系統(tǒng)包括位置、壓力閉環(huán)控制，監(jiān)控AGC、預(yù)控AGC、流量AGC等控制。

3．對油液清潔度的要求

通常伺服閥需要油液清潔度達(dá)到NAS 1638的5級，而伺服比例閥的抗污染能力強(qiáng)，可工作在NAS 1638的7～9級，大大減少了由污染而造成的工作故障，提高了厚度控制系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性。實(shí)際使用過程中，沒有發(fā)生因伺服閥塞堵引起的系統(tǒng)故障。

4．應(yīng)用效果

自正式投入運(yùn)行經(jīng)過連續(xù)生產(chǎn)，NG6運(yùn)行穩(wěn)定可靠，產(chǎn)品精度實(shí)測值為0.20mm土5μm，厚度公差在±5μm內(nèi)的帶材占整卷99.3%。