宣鋼熱帶活套系統(tǒng)解耦研究及其MATLAB仿真

摘 要：文章以宣鋼熱帶車間精軋機(jī)組活套系統(tǒng)為研究對(duì)象，建立其數(shù)學(xué)模型，并對(duì)該多變量強(qiáng)耦合系統(tǒng)進(jìn)行解耦分析，通過MATLAB軟件仿真，證明該控制方法的動(dòng)態(tài)性能良好，驗(yàn)證了其在實(shí)際應(yīng)用上的可行性。

關(guān)鍵詞：活套；解耦；MATLAB

1 概述

宣鋼熱帶車間于1986年建成投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力85萬噸。具有主軋機(jī)12架，軋機(jī)間的活套系統(tǒng)是通過西門子6RA70傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)進(jìn)行控制，但采用的是手動(dòng)大張力給定，并配以人工細(xì)微調(diào)速的開環(huán)運(yùn)行方式，不能控制帶鋼張力，帶鋼在機(jī)架間一直處于緊繃狀態(tài)。隨著產(chǎn)量、質(zhì)量要求的不斷提高以及2.0mm以下薄帶產(chǎn)品的開發(fā)，這種控制方式的弊端日漸凸顯，經(jīng)常會(huì)發(fā)生拉斷鋼或堆鋼事故，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率造成嚴(yán)重影響。為此，我們決定在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上對(duì)活套控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，并通過仿真軟件驗(yàn)證其可行性。

2 活套動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立

通過對(duì)機(jī)架間張力、套高、活套力矩等變量的計(jì)算，又考慮到軋制過程中活套速度調(diào)節(jié)器一直處于飽和狀態(tài)，只有電流環(huán)在起調(diào)節(jié)作用，所以我們把活套電機(jī)等效成一階慣性環(huán)節(jié)，得到系統(tǒng)模型。系統(tǒng)模型分為兩個(gè)主控通道，上半部分為張力控制通道，由主電機(jī)調(diào)速環(huán)節(jié)與帶鋼張力環(huán)節(jié)組成，張力調(diào)節(jié)通過控制上游機(jī)架出口速度實(shí)現(xiàn)。下半部為套高控制通道，套高的調(diào)節(jié)通過控制活套電機(jī)輸出力矩來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過對(duì)結(jié)構(gòu)圖的整理得到系統(tǒng)的狀態(tài)方程：

通過我車間活套系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)框圖不難看出圖中上面的張力通道和下面的套高通道之間存在著耦合關(guān)系，表現(xiàn)為帶鋼張力變化會(huì)產(chǎn)生縱向力矩進(jìn)而影響套量；同樣套量的變化會(huì)通過機(jī)架間軋件的堆拉關(guān)系對(duì)張力產(chǎn)生影響。

3 解耦控制設(shè)計(jì)及仿真

由系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn)活套高度和張力之間存在著嚴(yán)重的耦合現(xiàn)象，也充分說明了進(jìn)行解耦控制的必要性。我們決定采用一種串聯(lián)前置補(bǔ)償器的方法，即Boksenbom-Hood-錢學(xué)森方法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解耦，以下進(jìn)行詳細(xì)介紹。

通過MATLAB軟件編寫程序，并結(jié)合多組工藝參數(shù)，分別計(jì)算出R11、R12、R21、R22，具體程序如下所示：

由此，利用MATLAB軟件可建立解耦后的活套控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示：

從仿真效果可以看出：在解耦補(bǔ)償器的作用下，活套高度通道和張力通道的階躍信號(hào)對(duì)對(duì)方的干擾幾乎為零，也就是說該補(bǔ)償器基本消除了活套高度通道和張力通道之間的耦合作用。此外當(dāng)各通道通以階躍信號(hào)時(shí)，響應(yīng)速度快，超調(diào)量較小，而且穩(wěn)態(tài)精度也較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)活套控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)，并且利用MATLAB工具得到了模型傳遞函數(shù)。并通過仿真實(shí)驗(yàn)證明了Boksenbom-Hood-錢學(xué)森解耦方法的有效性，使活套高度調(diào)節(jié)在基本不受張力影響的前提下取得了較好的動(dòng)態(tài)性能。從而驗(yàn)證了該策略應(yīng)用于實(shí)際活套控制系統(tǒng)中的可行性。

參考文獻(xiàn)

[1]王永初.解耦控制系統(tǒng)[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)出版社，1985.

[2]張景進(jìn).熱連軋帶鋼生產(chǎn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2005.

[3]孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2002.