机控制系统，过程机采用台湾研华工业计算机，完

成 高 精 度 的 设 定 计 算・基 础 自 动 化 采 用

!"#$#%! !&’()) 系列可编程控制器，完成高响

应性能的液压 *+,，液压 *-,，电动 *-, 闭环控
制以及轧制过程逻辑顺序控制功能・!&’()) 与过
程机之间的通讯采用工业以太网实现，操作员站

.-(&，

手提编程器与 -/, 之间的通讯采用 $-"

网实现・

!"!

#$% 实现及其特殊问题的处理

（0）采样周期问题

由于对于液压位置控制系统要求有很高的响

应频率和严格的稳态精度，所以采样控制周期的

选择是至关重要的・研究表明

［0，1］

，液压 *-, 的

控制周期应小于 2 34・这也是过去普通 -/, 难以
胜任此项任务的重要原因・!"#$#%! !&’()) 系
列 -/, 中最高档 ,-5 为 !&’(06 型，其逻辑运算
时间和定点 加运算时间均为 ) 7 )8!4，浮点加运
算时间为 ) 7 (8!4，最小定时中断周期为 0 34・这
些比普通 -/, 至少快 0 个数量级的运算执行速
度，使得液压位置控制得以在 -/, 上实现・在实
际应用中，确定液压 *-, 的控制周期 9 34・

（1）模入模出处理速度

模入摸出板的处理速度是至关重要的・采用

!"#$#%! 的 高 速 模 入 板 6#!& (90’(:;1)’

)*<)，

其通道数为 8，每个通道转换时间为 0)!4，

分辨率为 0( 位，满足了液压 *-, 的需要・

模出板采用 6#!& (91’0=;))’)*<)，其通道数

为 8，每个通道转换时间小于 (1)!4，分辨率为 09
位，

由于整个模出板各个通道在时序上是串联工作

的，

为了确保在采样控制周期内完成采样，只使用

模出板上的 1 个通道，而将其他 6 个通道屏蔽・

（9）算法的精简

为了能够在 9 34 的控制周期内完成 =*-,

的控制算法，对包括辊缝位置控制、压力闭环控

制、同步闭环等在内的整个控制算法，需要进行必

要的精简，在保证运算精度的前提下尽量使用定

点运算，运算公式的整理、归并、简化和中间结果

的合理使用等・结果使运算时间大大缩减・在只有
一个 ,-5 的情况下，不仅完成 9 34 控制周期的
液压位置控制 =*-,，而且完成 8 34 控制周期的

=*+,，

以及 1) 34 控制周期的电动 *-,，电液联

合摆辊缝以及轧线逻辑顺序控制・

! "&

’(#% 动态性能

（0）=*-, 阶跃响应特性测试

在 1) ))) >% 的压力下，-/, 置 *-, 状态，

在位置 基 准 上 附 加 幅 值 为 0)) !3，宽度为 ())

34，

空比为 2)? 的方波，用示波器观察位移传感

器的反馈值，得到如图 9 所示的波形・从阶跃响应
图形可以看出，系统的上升时间 !

"

@ 98 34，超调

量!@ 9)?，达到设计要求・由于已通过给定积分
器来限制系统的超调量，因而，当阶跃给定时，系

统的超调量调整的较大，以加快系统的响应速度・
压力闭环的相应时间与位置环相当・

图 & 液压 (#% 阶跃响应曲线图

)*+"& ,-./ 0.1/231. 24 ’(#%

（1）=*-, 响应频率计算

假定本 *-, 系统是一个典型的二阶系统，其

闭环传递函数为

#

$

%

&

1

’

(

1

) 1"&

’

( ) &

1

’

二阶系统的超调量计算公式为

!? % *

+

""

0 +"

!

1

, 0))?

已知超调量! @ 9)?，可以求出阻尼比# @

) 7 1A( 6・

二阶系统的上升时间计算公式为

!

"

%

" +

$

&

’

0 + "

!

1

式中初始相位角$的表达式为

$ % BCDEBF

0 + "

!

1

"

% 0 7 1&0 &2 CBG

由上升时间计算公式可以求出 %

’

@ 21 7 881

CBG H 4・

图 5 液压 (#% 对数幅频特性

)*+"5 )0.67.389 0.1/231. 24 ’(#%

&

9

(

第 ( 期

王

君等：中厚板轧机液压辊缝控制系统研究及其 -/, 实现