河南工业大学
控制系统仿真
姓名：张天赐
班级：自动化103
学号：201123910415
成绩：
2013年10月30 日
中国于 1871 年在福州船政局所属拉铁厂开始用轧机﹔轧制厚 15mm 以下的铁板﹐ 6 ～ 120mm 的方﹑圆钢。

1890 年汉冶萍公司汉阳铁厂装有蒸汽机拖动的横列双机架 2450mm 二辊中板轧机和蒸汽机拖动的三机架横列二辊式轨梁轧机以及 350/300mm 小型轧机。

随着冶金工业的发展﹐现已有多种类型轧机。

1.1轧钢机的原理图及结构
轧钢机原理图
轧钢机的主要设备有工作机座和传动装置作机座（轧辊﹑轧辊轴承﹑机架﹑轨座﹑轧辊调整装置﹑上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。

）轧辊轴承，支承轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。

轧辊轴承工作负荷重而变化大﹐因此要求轴承摩擦系数小﹐具有足够的强度和刚度﹐而且要便于更换轧辊。

不同的轧机选用不同类型的轧辊轴承。

滚动轴承的刚性大﹐摩擦系数较小﹐但承压能力较小﹐且外形尺寸较大﹐多用于板带轧机工作辊。

滑动轴承有半干摩擦与液体摩擦两种。

半干摩擦轧辊轴承主要是胶木﹑铜瓦﹑尼龙瓦轴承﹐比较便宜﹐多用于型材轧机和开坯机。

液体摩擦轴承有动压﹑静压和静 - 动压三种。

优点是摩擦系数比较小﹐承压能力较大﹐使用工作速度高﹐刚性好﹐缺点是油膜厚度随速度而变化。

液体摩擦轴承多
用于板带轧机支承辊和其它高速轧机。

轧机机架，由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置﹐需有足够的强度和钢度承受轧制力。

机架形式主要有闭式和开式两种。

闭式机架是一个整体框架﹐具有较高强度和刚度﹐主要用于轧制力较大的初轧机和板带轧机等。

开式机架由机架本体和上盖两部分组成﹐便于换辊﹐主要用于横列式型材轧机。

传动装置（电动机﹑减速机﹑齿轮座和连接轴等组成。

齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。

）
轧钢机系统框图
轧钢机调速系统的组成和原理
采用PI调节的单个转速闭环直流调速系统可以在保证系统稳定的前提下实现转速无静差。

但是，如果对系统的动态性能要求较高，单闭环系统就难以满足需要，这主要是因为在单闭环系统中不能控制电流和转矩的动态过程。

电流截止负反馈环节是专门用来控制电流的，并不能很理想地控制电流的动态波形。

在起动过程中，始终保持电流（转矩）为允许的最大值，使电力拖动系统以最大的加速度起动，到达稳态转速时，立即让电流降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。

为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最I的恒流过程。

按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以大值
dm
保持该量基本不变，那么，采用电流负反馈应该能够得到近似的恒流过程。

应该在起动过程中只有电流负反馈，没有转速负反馈，达到稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再让电流负反馈发挥作用。

2.1转速、电流双闭环直流调速系统的组成
系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，如图1-1所示。

把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器UPE 。

从闭环结构上看，电流环在里面，称作内环；转速环在外边，称作外环。

这就形成了转速、电流双闭环调速系统。

3.2双闭环直流调速系统的动态数学模型
双闭环直流调速系统的动态结构图，如图2-1所示。

图中
)
(s W ASR 和
)
(s W ACR 分别表示转速调节器和电流调节器的传递函数。

+
TG n
ASR
ACR
U
*n
+ -
U n
U i
U
*
i
+
-
U c
TA
M
+
-
U d
I d
UPE
-
M
T
图1-1 转速、电流双闭环直流调速系统框图
ASR —转速调节器 ACR —电流调节器 TG —测速发电机
TA —电流互感器 UPE —电力电子变换器
内外
n
i
2
22222
4.3960174.052621--∑=⨯⨯=+=
s s T h h K n
N ，因为C e =（U N -I N R a ）/n N =（440-220×0.088）/1000=0.234V •min/r ，α=10V/ n N =10/1800=0.006
V •r/min ，于是可得ASR 的比例系数为
36.30174
.012.0006.05201
.0234.003.062)1(=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=+=
∑n m e n RT h T C h K αβ
6.5 转速调节器的实现
取R 0=40k Ω，则R n =K n R 0=3.36×40=134.48k Ω，取1400k Ω；
C n =τn /R n =0.087/（140×103）≈0.621×10-6F=0.621μF ，取0.7μF ；
C on =4T on /R 0=4×0.01/（40×103）=1×10-6
=1μF ，取1μF 。

对双闭环直流调速系统中的电力拖动系统、直流电动机电枢回路、可控硅电路三部分进行串联校正设计，得此开环传递函数为
s
s T s T T K s T R
s T R s T K s G i s m s m i s s )1)(1(111)(0++=⋅+⋅+=
令12.0=s T ，02.0=i T ，m s T K K =
由以上所取的参数可列写出系统反馈系统传递函数可近似为
s
s s K
s G )02.01)(12.01()(++=
ο
用matlab 软件画出根轨迹为
当阻尼比为0.707时，K 值应小于正负45度直线与根轨迹交点。

经计算可以得到。