伺服比例閥在銅帶軋機厚度控制系統中的應用

1．伺服比例閻的結構及特性

系統選用的是BOSCH伺服比例閥NG6，其結構如圖56所示。

這種伺服比例閥的特點是：

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

(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位置電控系統，大大提高了比例電磁鐵的動靜態特性。

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

(4)具有故障保險位。當系統意外斷電時，閥心自行進入安全位，以確保控制系統的執行元件處于安全狀態。

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

對用于閉環控制系統的閥來說，一個重要的指標就是中位時的零重疊，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。

其他靜態性能指標參數見下表，可見該款比例伺服閥靜態特性已達到傳統伺服閥的性能指標。

比例伺服閥的靜態特性指標

特  性	數  值
滯環	＜0.2%
重復誤差	＜0.1%
溫漂	＜1%,在ΔT＜40℃

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

取幅頻寬（-3dB時的頻率）和相頻寬（相位滯后-90°時的頻率）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厚度控制系統中的應用

軋機最大軋制力為500kN，軋機剛度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，材質為黃銅。液壓系統壓力為24MPa，系統流量為24L/min。

液壓厚度控制系統用來控制銅帶產品的縱向厚度公差在一定精度范圍之內。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），由此可見該比例伺服閥滿足液壓系統的要求。

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

由上表的數據可知，該款伺服比例閥的滯環、重復誤差等指標已滿足閉環控制系統的要求。溫漂小，工作溫度范圍寬。

在系統調試過程中，可以方便地通過調節設置在控制室中的比例伺服閥放大器來實現調零±5%。放大器輸入信號電壓為±10V，控制系統經限幅PID調節輸出電壓信號為±5V，在負載工作狀態下，液壓缸位置閉環控制精度達到±2μm。在動態工況下，系統響應快速，厚控效果滿意。

構建的液壓厚度控制系統包括位置、壓力閉環控制，監控AGC、預控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到NAS 1638的5級，而伺服比例閥的抗污染能力強，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的工作穩定性和可靠性。實際使用過程中，沒有發生因伺服閥塞堵引起的系統故障。

4．應用效果

自正式投入運行經過連續生產，NG6運行穩定可靠，產品精度實測值為0.20mm土5μm，厚度公差在±5μm內的帶材占整卷99.3%。