轧机AGC系统的秒流量控制

轧机AGC系统的秒流量控制华宏(洛阳有色金属加工设计研究院装备技术公司，河南洛阳471039)［摘要］轧机厚度控制系统中厚度误差反馈信号的纯滞后影响系统的稳定及响应速度。本文介绍了采用秒流量控制方法克服纯滞后的影响，以改善系统的动态特性。［关键词］厚度控制;秒流量控制［中图分类号］TG333.11［文献标识码］A［文章编号］1003－8884(2012)01－0032－03Second-flowControlofAGCSystemforRollingMillHUAHong(EquipmentTechnologyCompany，LuoyangNonferrousMetalsProcessingEngineeringandResearchInstitute，Luoyang471039，China)Abstract:Thepuredelaymakesinfluenceonthesystemstabilityandresponsespeed，whichisofthegaugedeviationfeedbacksignalingaugecontrolsystemforrollingmill，thispaperintroduceshowtoover-cometheinfluenceofthepuredelaybymeansofsecond-flowcontrolmethodinordertoimprovethedy-namicsystemcapability．Keywords:gaugecontrol;second-flowcontrol［收稿日期］2011－10－26［作者简介］华宏(1968－)，男，江苏省无锡市人，高级 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师，大学本科，从事轧机AGC系统开发、设计工作。0前言厚度反馈控制(监控)是自动厚度控制(AGC)系统的基本控制方式，采用带材出口侧的测厚仪作为 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 元件，测量带材的实际厚度偏差，反馈到AGC系统，通过AGC系统的PI调节器调节压下缸的位置或压力，亦或调节开卷张力或轧制速度，以达到消除厚度偏差的目的。但是厚度反馈控制有一个难以解决的问题，即测厚仪安装位置因距辊缝有一定距离，故不能实时测量辊缝处的带材厚度，当辊缝处的带材到达测厚仪时已经滞后了一段时间，也就是说，在反馈通道中有一个纯滞后环节，纯滞后环节的存在严重影响系统的稳定性。为了保证系统稳定，就必须降低控制器的增益，这样就降低了系统的响应速度。这就是为什么单纯采用监控方式的厚控系统只能消除缓慢变化的厚差，而对于快速波动的厚差难以消除的原因。因此，在入、出口侧均安装了测厚仪的轧机上，可以使用入口侧的测厚仪预先测量来料的厚度，然后当测量点的带材到达辊缝时及时地调节辊缝，消除带材的厚差。基于这种思想的两种控制方式为预控和秒流量控制方式。预控方式是单纯考虑了来料厚差对出口厚差的影响、以消除出口厚差为目的的控制方式。但带材厚差的产生不仅有来料厚度的波动因数，还有来料塑性系数的变化、轧辊偏心、张力波动及速度的改变等诸多因素。秒流量控制方式利用了带材在轧制前后流量不变的原理，不管是什么原因造成的出口厚度波动均会反映到入、出口速度的变化上。因此，只要能够精确测量带材入、出口速度及入口厚度，即可得到辊缝出口处的带材厚度［1］，通过闭环控制快速消除来料厚度变化、来料塑性系数的变化、轧辊偏心、张力波动以及升降速等因素造成的厚度波动。1秒流量控制原理所谓秒流量控制，即利用金属在轧制前后体积不变的原理来计算带材出口厚度、并加以控制的方法。根据轧制前后秒流量相等原则，并忽略宽展，可23有色设备2012年第1期以得到下式［2］:Vin×H=Vout×h(1)式中Vin—入口带材速度，m/s;H—入口带材厚度，m;Vout—出口带材速度，m/s;h—口带材厚度，m。出口厚差:Δh=h－h*=VinVout×(H*+ΔH)－h*(2)式中Δh—出口带材厚差，m;h—出口带材厚度，m;h*—出口设定厚度，m;H*—入口设定厚度，m;ΔH—入口带材厚差，m。式(2)中，Δh是间接测量计算出的厚差，与出口测厚仪直接测量的厚差信号相比，没有了纯滞后，可大幅度提高控制系统的快速性及稳定性。为消除这个厚差，需要移动油缸位置ΔS(油缸活塞伸出方向为正)。根据轧机的弹塑方程，有［3］:ΔS=M+QM×Δh(3)式中M—轧机刚度，N/m;Q—轧件塑性系数，N/m。将式(3)中的ΔS作为PI调节器的输入，通过调节液压缸的活塞位置，实现消除厚差的目的。2秒流量控制的实现2.1入口厚度信号延迟实现秒流量控制需要在轧机入口、出口侧各安装一台激光测速仪，在入口侧安装一台测厚仪。入口测厚仪距离辊缝有一段距离，测量点的厚差信号要延迟一段时间才能到达辊缝，故需要在PLC中设置一个移位寄存器。方法是在PLC中设置一n个单元的先入先出(FIFO)队列，从测厚仪到辊缝之间的距离为L，队列中每个单元代表L/n的入口带长。在入口激光测速仪测速的同时，计算走过的带长，每走过L/n带长时，把新采集的厚差信号放入队列尾部，同时把队列头部数据取出，带入式(2)中，计算出口厚差。2.2计算厚度的自适应补偿由于一些测量误差，使得计算的厚度与出口测厚仪测量的厚度相比会有一些偏差，因此引入自适图1秒流量控制原理图应补偿，对计算厚度进行修正［4］:h=VinVout×(H*+ΔHd)×(1+η)(4)式中ΔHd—入口测厚仪测量并经入口移位寄存器延迟到辊缝处的入口厚差，m;η—自适应补偿系数。η=ΣKi(×h*+Δhmhd)－1×ΔT(5)式中hd—计算厚度经出口移位寄存器延迟到出口测厚仪处的厚度，m;h*—出口设定厚度，m;Δhm—出口测厚仪测量的出口厚差，m;ΔT—采样周期，s;Ki—积分增益。参见图1，由式(4)、(5)计算的出口厚度减去设定出口厚度h*，得到出口厚差Δh，带入式(3)，得到油缸位置偏差ΔS，经过PI调节器，得到油缸位置调节量Sm，和油缸初始位置S0叠加，作为油缸位置环给定，调节油缸位置，消除厚度偏差。2.3辊缝对开卷张力的前馈补偿由于秒流量控制对油缸的调节较快，调节油缸引起的入口带材速度的变化亦较快，仅依靠开卷机的张力控制无法快速跟随入口带材速度的变化，造成张力的波动加大，需要增加辊缝对开卷张力的前馈补偿，使开卷机能够快速响应因调节辊缝引起的带材入口速度的变化，以保持张力的稳定。按流量公式可以得到:(Vin+ΔVin)×H=Vout×(h－Δhe)(6)式中Δhe—经秒流量控制消除的厚差(使厚度减33华宏:轧机AGC系统的秒流量控制小为正)，m。将式(1)、(3)带入式(6)，得:ΔVin×H=－Vout×Δhe=－Hh×Vin×MM+Q×ΔSmΔVin=－Vinh×MM+Q×ΔSmain=dVindt=－Vinh×MM+Q×dSmdt(7)式中ain—入口带材线加速度，m/s2;Sm—油缸位置调节量(活塞伸出方向为正)，m。开卷机工作于速度调节器饱和状态，因此不能调节速度调节器的给定，而是将线加速度ain带入式(8)，计算得到开卷电机的动态补偿转矩。Mr=J·dωdt=J·1R·ain(8)式中Mr—动态补偿转矩，N·m;J—开卷机及料卷转动惯量，kg·m2;ω—角速度，1/s;R—卷半径，m。将按式(8)计算的动态补偿转矩Mr叠加到开卷机转矩给定，调节开卷电机的转矩，使开卷机的速度跟随入口带材的速度，以保持开卷张力的稳定。3实际控制效果图2是某冷轧机投入秒流量控制前后的效果对比。图2中，1000m以前为投入秒流量控制、但控制器增益太小;1000～1500m以及1750m至带尾为增益合适的秒流量控制投入时的控制效果;1500～1750m为秒流量控制未投入、仅使用监控时的控制结果。图2秒流量控制效果对比注:图2中厚差单位为μm，长度单位为m。4结论轧机厚度控制系统采用秒流量控制方式，可以避免选用出口侧测厚仪测量带材厚度而产生的纯滞后现象，能够显著地提高厚度控制系统的响应速度和稳定性，对于因来料厚度变化、来料塑性系数的变化、轧辊偏心、张力波动以及升降速等诸多因素造成的带材出口厚度的波动，均具有很强的抑制作用。［参考文献］［1］王军刚．秒流量控制在双机架可逆冷轧机AGC系统中应用［J］．中国科技信息，2011，(7):142－143．［2］杨景明，韩宗刚，等．秒流量液压AGC的动态仿真研究［J］．冶金设备，2006，(4):1－4．［3］孙一康．带钢冷连轧计算机控制［M］．北京:冶金工业出版社，2002．［4］王国栋，刘相华，等．冷连轧厚度自动控制［J］．轧钢，2003，(3):38－41．43有色设备2012年第1期