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1 大型轧机ACe伺服缸的摩擦力对系统的影响
随着大型轧机的发展．要求轧机的压下机构具有高精度、快速性、稳定性、同步性、可靠性等，只有具备这些条件，才能适应高速轧制的要求。而液压压下正是由于具有快速性好、精度高等优点．迅速取代电动压下，而广泛应用于板带轧机上。
轧机液压压下系统为一复杂伺服控制系统。它含有位置闭环主控制回路、轧制压力反馈回路及出口测厚仪监控系统回路，其辊缝调整是通过伺服缸调节支撑辊的位置来实现的。伺服缸是保证系统正常工作的关键元件之一，如在某冷轧厂镀锌线上．日本引进的光整机组因工作侧伺服缸卡死而被迫停产．每天损失上百万元。
大型伺服缸如果设计制造或维修时装配不当．将会产生过大的摩擦力，而过大的摩擦力则会对系统的性能带来很大的影响，它不仅会使系统产生爬行、振荡，还会导致系统稳态误差，甚至还会出现混沌现象。因此应尽量使伺服缸的摩擦力最小．特别是要减小伺服缸摩擦剐之间静摩擦力与库仑摩擦力(静摩擦力等于动摩擦力时，称为库仑摩擦力)的差值，希望伺服缸只有库仑摩擦，以使系统在平衡位置的有效增益降低．从而有助于系统的稳定。在系统处于平衡位置时，伺服阀要频繁调节伺服缸作往复微量运动。如果静摩擦力过大，伺服缸运动方向改变时，伺服缸从静止到运动，摩擦力突然减小(静摩擦力大于动摩擦力)，尽管这时伺服闻阀芯未动，但伺服缸则会发生一次跳动(爬行)而偏离平衡位置。系统在反向调节伺服缸位置时，还会出现同样的情况。由此，可能形成所谓的极限环振荡。这种情况在具有弹性负载的系统中，对系统的稳定性造成严重影响，甚至无法正常工作。所以为了获得稳定的控制系统，应尽量减小伺服缸的静摩擦力，使之等于或稍大于库仑摩擦力。
目前，这种伺服缸主要依赖于进口，在出厂时已将AGC伺服缸摩擦力的允许值控制在最大轧制力的0．2％ ～0．4％之内。然而，伺服缸工作一段时间后，必须定期检修并更换密封。才能继续工作。在检修后，伺服缸的密封安装是否合乎要求、伺服缸是否卡死以及伺服缸的摩擦力大小却并不知道，因而经常出现将修复后的伺服缸换上后，系统不能正常工作．故障表现为活塞杆不能伸出或者系统响应频率降低。基于这一情况，我们与某钢厂合作，研制了一套摩擦力自动测试系统。
2 大型重载伺服缸摩擦力自动曩I试原理
如上所述，大型轧机液压AGC伺服缸的轧制力一般均大于10 MN， 但摩擦力仅为最大轧制力的0．2％-0．4％以下。可见摩擦力相对于轧制力很小，对测试准确度有很高要求。如果按普通液压缸起动摩擦力的测试方法进行测试的话，由于轧机液压缸的有效面积较大。其作用力远远大于所规定的摩擦力，根本测不出大型重载伺服缸的摩擦力。为此，考虑采用间接测量方法，即用一台小伺服缸作为加载缸，对被试伺服缸进行缓慢加载(能上拉或下压)，伺服缸摩擦力测试系统如图1所示。
图1 摩擦力测试系统示意图
摩擦力测试系统由伺服阀、伺服放大器、位移传感器、力传感器及变送器、加载缸、被试缸、计算机测控仪、数据采集系统、工作站等构成。力传感器作为力闭环的反馈元件；压力传感器的作用是在力闭环的内部构成力局部反馈，形成串级控制，以提高施力精度。位移传感器用来测量被试缸是否动作，并经工作站处理后变成速度信号，构成速度闭环控制系统。测试前，预先将被试缸的有杆腔和无杆腔接回油箱，并用高准确度舶低压传感器监测．确认没有背压。开始测试时，由计算机给出施力信号，由电液伺服阗控制加载缸输出一个推力，并通过力传感器驱动被试缸，使被试缸产生一从静止开始运动的过程。被试缸活塞的位移由
位移传感器测得，整个测试过程全部由计算机自动完成。被试缸活塞的摩擦力计算表达式如下。
若被试缸为下压工况：
若被试缸为上拉工况：
式(1)及(2)中， Ft为被试缸的摩擦力，F为力传感器输出力， M为被试缸活塞的惯性质量， x为被试缸活塞的位移．t为时间，G为被试缸活塞的自重。在宴际运用中，由于采用了速度闭环控制回路，使加载缸作匀速运动，因而在计算时，不考虑惯性力。
3 测试系统的主要技术及试蟹结果
该系统从实时测试到曲线、试验报告输出全部由计算机自动完成。采用计算机数字控制技术，其主要技术关键点：
(1)数字力闭环在摩擦力开始测试阶段，轧机油缸试验CAT软件将力传感器测量到的加载力信号作为负反馈信号，与给定信号叠加，再通过数字PID运算，作为输出指令信号，驱动加载缸，以保证加载缸加载力缓慢而均匀增加。在被试缸开始运动瞬间。CAT软件自动断开此数字闭环。
(2)数字速度闭环在被试缸开始运动后，轧机油缸试验CAT软件自动断开数字力闭环，无扰切换到数字速度闭环，并将位移传感器测量到的加载缸活塞位移值进行数字微分作为负反馈信号，与给定信号叠加，再通过数字PID运算作为输出指令，驱动加载缸。以保证加载缸活塞匀速运动。为保证速度反馈信号的准确性，通过两个位移传感器对角布置束测量，并采用数字滤波对所测信号进行处理。
(3)CAT测试软件及其特点 测试软件包由Borland C++ 和汇编语言混合编制，其中数据栗集用汇编语言编写，以提高采集速度。该软件包具有良好的用户界面，采用模块化设计，有自检、传感器校准、数据采集、数据计算、数据显示、读盘存盘、绘图输出等子模块，并具有较好的在线帮助技术，操作者不必了解计算机语言及CAT测试软件内容，即可完成整个摩擦力自动测试。
图2所示为某冷轧厂轧机液压压下伺服缸舶自动测试结果。当计算机测试点数为49，被试缸开始动作，此时，CAT软件自动断开数字力闭环，无扰切换到数字速度闭环，从而保证被试缸作匀速运动，并保证加载力达到最大值后能基本保持不变，其最大摩擦力通过计算机软件求出为27．16 t，符合要求。
图2 伺服缸摩擦力及位移检测曲线
4 结论
所研制的轧机伺服缸摩擦力测试系统投产一年多来，已完成了某大型钢铁公司冷轧厂的多种大型重载伺服缸的摩擦力测试工作。实践证明，该系统工作可靠、使用方便、测试效率高、测试准确度达到B级准确度要求。同时，该系统的研制成功，也为大型重载伺服缸的国产化提供了一种切实可行的测试手段，具有推广应用价值。
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