【作 者】：网站采编
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【摘 要】：文章目录 致谢 摘要 Abstract 1 引言 2 文献综述 2.1 轧机主传动系统振动研究现状 2.2 扭矩遥测系统研究现状 2.2.1 扭矩遥测技术研究现状 2.2.2 无线供电技术研究现状 2.2.3 无线信号传输技术

文章目录

致谢

摘要

Abstract

1 引言

2 文献综述

2.1 轧机主传动系统振动研究现状

2.2 扭矩遥测系统研究现状

    2.2.1 扭矩遥测技术研究现状

    2.2.2 无线供电技术研究现状

    2.2.3 无线信号传输技术研究现状

2.3 课题来源及研究内容

    2.3.1 课题来源

    2.3.2 研究内容

3 扭振遥测系统特性研究

3.1 扭振遥测系统耦合结构模型研究

    3.1.1 电磁耦合结构磁场分布特性分析

    3.1.2 扭振遥测系统结构研究

3.2 扭振遥测系统耦合结构模型建立

    3.2.1 扭振遥测系统供电模块谐振拓扑结构建立

    3.2.2 基于电磁理论的系统电磁耦合模型建立

3.3 扭振遥测系统无线供电特性研究

    3.3.1 频率特性研究

    3.3.2 距离特性研究

3.4 本章小结

4 供电装置电磁特性和无线信号传输研究

4.1 系统阻抗特性分析

4.2 阻抗匹配策略

4.3 频率跟踪控制策略

    4.3.1 频率跟踪点分析

    4.3.2 频率跟踪控制方法研究

4.4 铁磁性金属介质影响研究

    4.4.1 铁磁性金属介质影响下系统模型建立

    4.4.2 涡流现象对系统电磁参数影响

    4.4.3 铁磁性金属介质对系统传输功率影响

4.5 涡流现象抑制措施及其效果分析

    4.5.1 涡流现象抑制措施提出

    4.5.2 抑制措施下系统传输性能提升分析

4.6 基于WIFI的频率跟踪控制信号和扭矩信号无线传输研究

4.7 本章小结

5 扭振遥测系统实验研究

5.1 实验总体方案

    5.1.1 耦合线圈结构设计

    5.1.2 高频逆变电源设计

    5.1.3 整流电路搭建

    5.1.4 频率跟踪控制电路和无线信号传输电路设计

5.2 实验测试与结果分析

    5.2.1 系统电磁参数实测结果与仿真结果对比

    5.2.2 系统电能传输性能实验结果分析

    5.2.3 系统现场实测扭矩

5.3 本章小结

6 新型扭振遥测系统抑振应用

6.1 轧机主传动系统振动现象

6.2 轧机主传动系统振动特性研究

6.3 轧机主传动系统振动控制研究

    6.3.1 抑振器设计

    6.3.2 抑振器稳定性分析及参数选择

    6.3.3 仿真结果分析现场测试

6.4 本章小结

7 结论与创新点

7.1 研究结论

7.2 主要创新点

参考文献

作者简历及在学研究成果

学位论文数据集

文章摘要:随着轧制高强度薄带钢产量和质量的不断提高,轧机承受的负荷也随之增加,造成主传动机电系统频繁出现事故,特别是近年来连轧机的扭振问题尤为突出。针对轧机扭振的抑制措施,根据电机电流计算轧机电机输出扭矩信号难以实现有效的抑振控制,因此,在线实时监测主传动系统扭矩信号并将其引入抑振控制系统成为解决此难题的关键。目前国内针对轧机扭振在线监测研制的高频感应供电式扭振遥测系统,其中高频感应供电装置静止电源环和旋转接收环不但要求同轴同心放置,而且需要保证7-10mm间隙,存在诸多现场安装、校准、调试和维护不便的缺点。因此,轧机扭振在线监测系统的电能供应是制约其长期在线监测的瓶颈和难题,亟需得到解决。本课题根据轧机现场安装环境的特点,研制一种新型轧机扭振遥测系统。针对轧机扭振遥测系统特殊的应用场景,致力于解决传统轧机扭振遥测系统安装、校准、调试、维修不便和供电不稳定的难题,将所研制的新型轧机扭振遥测系统应用于轧机主传动抑振控制并提出一种基于实测扭矩信号和自抗扰控制的少外扰主动抑振措施。本文主要的研究工作如下:（1）现有轧机扭振遥测系统存在的问题现有轧机扭振遥测系统运行过程中存在内外环位置偏移导致耦合结构电磁参数变化引起系统谐振点改变,以及安装、校准、调试、维修不便的问题。针对旋转轴类设备应用场景的特殊性,根据轧机扭振遥测系统现场工作环境特点,提出一种新型耦合结构轧机扭振遥测系统,一次侧多绕组线圈形式拓宽了系统调谐范围,U型铁心将磁场束缚在一次侧和二次侧线圈之间,增强了线圈之间的磁场分布,提升了线圈耦合效果,一次侧和二次侧耦合线圈垂直放置能够解决传统同轴放置耦合结构一系列应用难题,基于有限元仿真和实验验证了新型轧机扭振遥测系统具有更好的稳定性。（2）旋转轴扭振遥测系统供电研究a.针对铁磁性金属介质影响下无线电能传输系统电磁参数变化引起的失谐问题,以及涡流效应产生的电能损耗,根据电磁学理论建立铁磁性金属介质影响下轧机扭振遥测系统无线电能传输电磁耦合数学模型,推导出系统关键参数解析表达式,揭示了铁磁性金属介质对无线电能传输系统涡流效应和电磁参数影响机理,该建模方法不但能够反映系统电磁耦合特性,还能根据模型进行系统的具体参数设计和能效优化控制。b.针对系统阻抗变化影响系统传输效率和功率的问题,根据系统电路拓扑结构,分析系统的阻抗特性,利用史密斯圆图设计阻抗匹配策略,并计算出满足阻抗匹配条件的外围电路参数。深入分析铁磁性金属介质影响下轧机扭振遥测系统耦合结构无线电能传输特性,揭示了其谐振机理和频率分裂现象产生机理,得到系统最大效率传输的影响条件,并提出能够准确跟踪最大传输效率谐振频率点的二次侧电流相位频率跟踪策略,解决了传统跟踪一次侧电流易跟踪分裂谐振频率点导致系统不能工作在最大传输效率的问题。c.为了适应轧机扭振遥测系统的应用场景,建立铁磁性金属介质影响下的无线供电系统模型,通过ANSOFT Maxwell仿真软件建立系统三维模型,仿真分析了铁磁性金属介质对系统传输特性的影响结果,根据分析结果提出抑制涡流现象的磁屏蔽措施,并通过仿真和实验验证该措施可以明显改善铁磁性金属介质下涡流效应所带来的不利影响,实验结果表明磁屏蔽措施可以使系统涡流损耗有效降低31%左右。d.建立无线电能传输实验平台验证系统设计方案的可行性,新型轧机扭振遥测系统无线电能传输方案是针对轧机扭振遥测系统特殊工作场景设计的一套无线电能供应方案,系统设计包括:电磁耦合机构设计、逆变电源设计、整流电路设计、频率跟踪控制电路设计、阻抗匹配电路设计。最终通过实验证明了系统的有效性,实验结果表明磁屏蔽措施和频率跟踪控制策略能使系统在金属介质影响下的整体传输效率提高43%左右。（3）搭建扭振遥测系统信号传输系统扭振遥测系统监测轧机主传动系统扭矩信号需要以无线信号传输的形式从轧机传动轴传输到地面主控单元,选用WIFI通信保证了扭矩遥测系统扭矩信号稳定近程传输的要求。为了减少系统能耗,本文选用双串口通道WIFI模块实现双路信号的无线传输,既保证两路信号互不干涉的高效传输,又能将系统功耗降到最低,从而降低了无线供电的负担,实现了 WIFI通信下的信号传输功能。首先WIFI模块发射端通过采集二次侧频率跟踪输出信号和传动轴上扭矩电压信号,然后以WIFI无线通信模式传递到WIFI模块接收端。由于PLL输出和应变片的传输都是模拟信号,需要通过ADC转换处理后将结果发送至MCU,从而通过WIFI串口模块实现信号的无线发射。地面上主控单元接收信号后将扭矩信号还原,再通过网络传给计算机进行采集、显示和分析。（4）轧机扭振抑制装置研制将所研制的新型轧机扭振遥测系统应用于轧机主传动抑振控制研究并提出一种基于自抗扰控制的抑振措施。基于理论研究和对实测轧机扭矩信号进行分析,提出热连轧机振动能量主要由主传动电机提供,进而提出将轧机主传动系统扭矩信号引入到抑振控制系统中以实现对轧机传动系统扭矩波动抑制从而实现消减振动的目的。通过仿真和试验验证了扭振抑振措施的良好效果,大大缓解了轧机振动现象,为轧制高品质薄带钢提供了保障。本研究为轧机扭振遥测系统提供一种新型无线供电方案,解决了传统轧机扭振遥测系统的安装、校准和拆修难题,为旋转轴引起的一次侧和二次侧线圈位置偏移和失谐提供了解决方案。将实测扭矩信号引入到轧机主传动系统抑振控制中,提升了轧机主传动系统抑振效果,为轧机主传动系统扭振监测和扭振抑制提供了保障。

文章来源：《遥测遥控》 网址: http://www.yaoceyaokong.cn/qikandaodu/2022/0314/417.html