秒流量控制在雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)AGC系統(tǒng)中應(yīng)用

王軍剛 西部鈦業(yè)有限公司

秒流量控制在雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)AGC系統(tǒng)中應(yīng)用

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本文以某冷軋薄板廠雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)為研究基礎(chǔ)，對(duì)雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)AGC系統(tǒng)中秒流量控制進(jìn)行分析，并對(duì)其結(jié)構(gòu)，控制算法及特性進(jìn)行了深入研究，對(duì)研究可逆式冷軋機(jī)AGC系統(tǒng)中的秒流量控制具有借鑒作用。

AGC；秒流量；積分增益

1.概述

雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)是近年來(lái)國(guó)際上推出的很有特色的冷軋機(jī)機(jī)型，由于其即具有單機(jī)架可逆式冷軋機(jī)生產(chǎn)靈活的特點(diǎn)，又具有連續(xù)式冷軋機(jī)生產(chǎn)能力大的優(yōu)勢(shì)，已成為冷軋帶鋼領(lǐng)域的一種重要機(jī)型。本文所研究的雙機(jī)架可逆軋機(jī)是由兩臺(tái)六輥UC軋機(jī)組成，主要由開卷機(jī)、左右卷取機(jī)、1#2#六輥軋機(jī)、皮帶助卷器、鋼卷小車等設(shè)備組成，并建有傳動(dòng)液壓站、AGC液壓站、稀油潤(rùn)滑站及乳化液系統(tǒng)等。

2.秒流量控制基本原理

板帶材的厚度精度是冷軋薄板的重要質(zhì)量指標(biāo)之一，因此，厚度自動(dòng)控制（Automatic Gauge Control,簡(jiǎn)稱AGC）成為冷連軋過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分。AGC主要分為前饋AGC和反饋AGC，秒流量AGC，張力AGC，下面主要對(duì)秒流量AGC基本原理做以介紹：

秒流量AGC的基本數(shù)學(xué)模型是秒體積流量恒定方程——單位時(shí)間流入機(jī)架入口和流出機(jī)架出口的軋件體積相等，即

式中 Be——機(jī)架入口軋件寬度；

Bs——機(jī)架出口軋件寬度；

H——機(jī)架入口軋件厚度；

h——機(jī)架出口軋件厚度；

Ve——機(jī)架入口軋件速度；

Vs——機(jī)架出口軋件速度。

可見，只要能直接檢測(cè)機(jī)架入口、出口的帶材速度和入口的帶材厚度，即可間接測(cè)得機(jī)架出口厚度。用這種方法檢測(cè)帶材厚度而構(gòu)成的AGC方式稱為秒流量AGC。

3.秒流量AGC系統(tǒng)

雙機(jī)架可逆冷軋機(jī)秒流量AGC控制分為上游機(jī)架和下游機(jī)架，控制原理基本相同，本文以上游機(jī)架為研究對(duì)象。軋機(jī)工作狀態(tài)主要有三個(gè)：加速、穩(wěn)態(tài)軋制和減速。在穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)，認(rèn)為系統(tǒng)處于恒速階段，秒流量AGC起監(jiān)控作用，帶鋼厚度控制主要是靠前饋和反饋AGC；當(dāng)軋機(jī)在加速或減速狀態(tài)時(shí)，根據(jù)由秒流量恒定方程可知，入口帶鋼速度的變化必然引起一架出口帶鋼厚度發(fā)生變化，此時(shí)一架出口X射線測(cè)厚儀不能及時(shí)檢測(cè)出帶鋼厚度的變化，所以一架輥縫值也不會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)Smith預(yù)估器的一架出口帶鋼厚度預(yù)估值也就不會(huì)發(fā)生變化，這樣Smith-AGC系統(tǒng)也就不能及時(shí)發(fā)揮作用。而此時(shí)秒流量AGC系統(tǒng)正好彌補(bǔ)了這一不足。由式（3）可看出，只要測(cè)得一架帶鋼入口厚度、入口速度、出口速度值，通過(guò)秒流量恒定方程就能及時(shí)估計(jì)出一架帶鋼出口厚度的變化，然后通過(guò)控制算法，計(jì)算出此時(shí)對(duì)應(yīng)的輥縫調(diào)節(jié)量。在秒流量AGC系統(tǒng)中輸入到積分器中的厚度偏差為秒流量AGC系統(tǒng)預(yù)估的厚度偏差和Smith-AGC系統(tǒng)中一機(jī)架模型預(yù)測(cè)帶鋼出口厚差之差，這部分差就是前面分析的由一機(jī)架帶鋼速度的變化所引起的一機(jī)架帶鋼出口厚度變化量；這部分厚度的變化量所對(duì)應(yīng)的一架輥縫調(diào)節(jié)量與Smith-AGC系統(tǒng)的輸出輥縫調(diào)節(jié)量疊加到一起輸送給HGC（液壓厚度控制）系統(tǒng)。同時(shí)在秒流量AGC系統(tǒng)中，對(duì)一架入口帶鋼厚度的測(cè)量值需要進(jìn)行跟蹤至一機(jī)架輥縫處，因此必須在入口帶鋼厚度測(cè)量值后加一延時(shí)器。

注意：理論上，秒流量AGC可以消除由于一架入口厚度、速度及出口速度波動(dòng)所引起的出口厚度的波動(dòng)，但實(shí)際中，由于軋件方面的原因（如軋件的塑性或硬度）引起的出口厚度波動(dòng)卻不能通過(guò)秒流量方程檢測(cè)，否則導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩，因?yàn)檫@些因素使得出口帶材出口速度變化，理論上可以通過(guò)秒流量方程檢測(cè)出口厚度變化，但是出口厚度的變化導(dǎo)致出口張力的變化，而此時(shí)張力自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)出口張力變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，則可以消除出口帶材速度的變化，這時(shí)通過(guò)秒流量方程就不能正確的檢測(cè)出口厚度的變化。因此實(shí)際應(yīng)用中，秒流量AGC具有局限性，應(yīng)與其他AGC系統(tǒng)配合使用。

3.1 秒流量AGC系統(tǒng)的積分增益

秒流量控制系統(tǒng)采用比例積分微分控制算法，該算法已定義為標(biāo)準(zhǔn)模塊，用戶可以定義的是積分增益，其形式為：

式中， S1MF1為一架輥縫調(diào)節(jié)量，將（5)式代入(6)式整理得：

3.3 控制效果圖

[1] 劉明俊等.自動(dòng)控制原理. 國(guó)防科技大學(xué)出版社

[2]梁慧冰,等.現(xiàn)代控制理論基礎(chǔ). 機(jī)械工業(yè)出版社

[3] 傅作寶.冷軋薄板生產(chǎn).冶金工業(yè)出版社

[4] 劉建昌.厚度控制系統(tǒng)分析.東北大學(xué)

STD.THICK1.MES—一架入口測(cè)厚儀厚度測(cè)量

STD.THICK2.MES—一架出口測(cè)厚儀厚度測(cè)量

UP-SPEED—上游速度測(cè)量

DN-SPEED—下游速度測(cè)量

從圖可得，在軋機(jī)升降速過(guò)程中，一架出口帶鋼厚度無(wú)明顯波動(dòng)，控制效果較好。

4.結(jié)束語(yǔ)

雙機(jī)架可逆軋機(jī)秒流量AGC技術(shù)發(fā)展到目前已比較成熟，已在很多工程中應(yīng)用。如何應(yīng)用及積分增益中各種參數(shù)的確定、延時(shí)計(jì)算的準(zhǔn)確性，還需要我們進(jìn)行深入細(xì)致的分析研究。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.076