6_张力的自动控制解析

3. 方法二讨论 （1）控制原理 U=E+IaRa =nCMΦ+IaRa ⇒ n =(U-IaRa )/CMΦ ①在基速以下时，电动机按满磁工作 ②在基速以上时靠电枢电压U（或电势E) 再通过调节器ΦGT，使电动机在弱磁 状态下工作 ③在正常卷取工作时转速调节器ST处于 饱和状态
（2）优缺点 不论卷径大小，基速以下电动机均满 磁工作，因此便可合理地利用电动机 的功率⇒选择电动机时，可选用弱磁 倍数小的电动机。 电枢电流与张力无对应关系，若无张 力计显示张力值，操作人员难以确认 实时张力值。
三、双机连轧时控制张力的方法 1.宽带钢粗轧连轧时控制张力的方法 双机连轧时的张力控制最具代表 性的是热连轧带钢粗轧机组的倒数第 一、二机架。控制张力的方法有： 采用重型活套支持器进行控制 采用无张力控制
2. 两种控制方法应用评述 （1）采用重型活套支持器进行控制 ⇒ 重型活套支持器结构笨重庞大，机械 惯性很大，控制起来很不灵敏，易出事 故，且排除事故较麻烦。 （2）采用无张力控制 ⇒从电气控制系统中采取措施，通过检 测轧制压力和轧制力矩，经计算机进行 控制运算，采用电流记忆、力矩记忆或 轧制力矩-轧制压力记忆的方法，来控制 直流传动的机架的速度。应用广泛。
行双机连轧时，事先将开关(SW)合上， 然后通过乘法器、函数发生器、微分器 和求和放大器将Th计算出来。并将Th与 目标张力值Th0进行比较，便得张力的波 动变化值△T= Th－ Th0 。然后通过PI控 制环节输出速度偏差信号ΔW3，并与速 度偏差给定值进行比较，经速度控制装 置，对R3机架的电动机进行速度调节， 来消除存在的张力偏差值△T,从而便可以 实现无张力控制的目的。
上述的这些干扰和调节作用量的 反作用，同样地会对第i机架、第i+1机 架以及活套支持器产生干扰作用，在 该两相邻机架之间又对应有8个增量产 生 ⇒必须找寻并建立与这些量有关的 8个独立的线性方程 ⇒ 计算机相关计 算模型
6.2 控制张力的基本方法及其原理 控制张力的基本方法有：直接法、间 接法和混合法三种。 一、间接法控制张力的基本原理 1. 基本思路 （1）卷取机卷取带 钢而建立张力时，电 机的转矩为：
（2）双机连轧时： R3机架的轧制力矩： 张力所产生的力矩： ∴只要检测出双机连轧时R3的电枢电流 值及轧制压力，其余参数为已知⇒ T 例题：P276
3.双机连轧时无张力控制系统 （1）控制方式： 在实际控制，是借助电子计算机记忆 力臂a的方式进行的，即当采用力臂记 忆方式时，是利用压头和仪表将R3机 架单轧时的轧制压力和电动机力矩检 测出来，然后计算出力臂a，并以此值 作为R3与R4双机连轧时的力臂值，因 此在双机连轧时，只要随时测得轧制 压力，就可以算出张力作用的力矩。
二、机架间活套量的计算及其变化规律 1. 活套量的计算
2. 讨论： （1）当α=0，β=0 ⇒活套零位 ⇔活套杆摆角为θ0。 （2）当α≠0，β≠0 ⇒ 活套处于工作 位 ⇔摆角为θ； 但活套处于最高处 ⇒ θmax ∴工作位 θ0 ≤ θ ≤ θmax
3. 公式分析 （1）活套量是活套杆摆角的函数，即
（2）控制系统的调节 ∵ ，而 Ia较小，U或E的微小 变化都会引起 Ia的很大变化。 ∴ 通过U来调节，很灵敏，并且反应 快 ⇒ 电枢电流控制部分是主要的， 而磁场控制部分仅在卷径D变化时 才起作用，变化较慢。
（3）系统控制原理
Ia的调节控制
磁场控制
（4）优缺点 I∝T和Φ∝D ，控制直观。 由于Φ∝D ，故只要不在最大卷径情 况下，不论是高速还是低速，电动机 都处于弱磁工作状态，所以电动机转 矩得不到充分利用。
五、连轧时活套支持器的自动控制系统
为实现活套支持器的功能，活套支 持器的自动控制应完成两方面的任务： 活套高度的自动控制，其目的在于吸收 因带钢的速度偏差而引起的活套 张力的自动控制，其目的是保持作用于 带钢上的张力恒定
6 连轧时的张力设定计算
和张力的自动控制
6. 1 轧制过程中张力的产生及其分析 一、张力的产生 1.张力的产生：由于在轧件长度方向上 存在着速度差，使得轧件上不同部位 处的金属有相对位移而产生张应力⇒ 张力 2.大小表示：
以平均单位张力σTm 乘以所作用的横截 面积A就是作用在轧件上的张力T，即：
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控制原理框图
五、无张力控制展望—体现在如下方面 在无张力控制方式方面 在张力与尺寸之间的关系方面 自动控制的最优化问题 其他方面还应进一步开展对无张力控 制性能评价等方法的研究

6.4 热连轧精轧机组连轧时的张力自动
控制
一、精轧机组连轧的基本过程 1. 咬入阶段：占1~2s时间 （1）特点：轧件在咬入阶段受到轧件冲 击载荷作用后，轧机会产生动态速降； 由于有动态速降导致产生一定的活套 量；并且此活套量在规定的范围内还会 随活套支持器的摆角而变化。
2.稳定轧制阶段：带钢被轧辊完全咬入 后并在机架之间已建立起小张力的阶 段，约为整个连轧时间的95%以上。 此阶段活套辊的摆角θ在活套高 度调节器的作下 ，在所规定的工作零 位角与最 大工作角之间进行波动。作 用于带钢上的 张力围绕着给定的张力 值作相应的微量波 动调节。 活套辊运动角度为30°~ 50°。 3. 抛尾阶段：带钢尾部依次离开各机架， 机架间带钢张力消失阶段。
（2）动态速降： = (2%~3%)nmax 或 （3）活套量的形成 ：因动态速降造成 vH(i+1) ＜vhi，而动态速降的恢复时间约 为 03s~0.5s，因而在 i 和 i 十 1 机架 之间便形成了一定的活套量Δld， Δld值 较小，一般为30~50mm ⇒ 微套量小 张力连轧是当代宽带钢热连轧的一个 重要特点。
⇒
（2）公式分析： 要维持张力T恒定（即使 =C）有 两种方法： 方法一：维持 =C1和 =C2：用得 较多 方法二：使 ∝ 而变化，即按最 大转矩原则进行张力恒定的控制。
2. 方法一的讨论 （1）控制系统的组成——二部分构成 电枢电流控制部分：它是通过调节电 动机电枢电压来维持 Ia恒定。 磁场控制部分：它是通过调节电动机 的励磁电流，使磁通Φ随着钢卷直径D 成正比例变化，从而使Φ/D的比值保 持恒定。
3. 优缺点 控制系统简单，避免了卷径变化、速 度变化和空载转矩等对张力的影响， 控制精度高。 不易稳定。尤其是用张力计反馈的系 统，在建立张力的过程中，有时容易 出现“反弹”现象而影响控制效果⇒ 采用直接法张力控制系统都要设法先 建立张力，待建立稳定的张力之后， 再将张力闭环系统投人工作。
三、控制活套所需的力矩
包括两部分 张力力矩：活套辊给予带钢以适当的 张力所需的力矩—MT 重力力矩：活套支持器支持机架间带 钢全部重量所需的力矩 —MW 1. MT的计算 2. MW的计算 控制活套所需的总力矩：M= MT + MW
四、活套支持器的基本设定 计算机对带钢张力进行微套量恒 定小张力自动控制的控制回路有三个 信息，即活套高度、张力力矩和重力 力矩 ⇔ 基本设定与之对应 活套高度的设定 张力的设定 重力平衡力的设定
上述诸因素都会在轧件上产生一定张力 （或压力）作用 ⇒ 如何保持恒定，大 小又如何？ 对于热轧，张力会引起轧件宽度、 厚度和尺寸形状等的波动，而同时作 用于轧件上的压力又会出现异常活套 和折叠而轧废 ⇒提出了将张力自动地 控制为零或在一定的最小张力值范围 内进行轧制的思想，构成无张力自动 控制的基本出发点
四、双机连札时无张力控制的基本原理
1. 双机连轧时无张力控制的基本思想
以轧件仅在R3机架中轧制时所计 算出来的力臂a作为轧件在R3与R4双 机连轧时的力臂，然后再按双机连轧 时的张力T与轧制力矩MCR的关系， 即张力与R3机架电动机的电枢电流Ia 的关系，通过R3机架电动机电枢电流 的变化，来反映张力的变化，并且通 过控制Ia来实现双机连轧时的无张力 控制。
而σTm ＜ σs 时，张力作用使 轧件产生弹性变 形。
二、张力的种类和张力 1. 张力种类 前张力：与轧制方向一致的张力 后张力：与轧制方向相反的张力 2. 张力的作用：6个作用 3. 连轧过程中机架之间张力与其他工艺 参数的关系
（1）连轧秒流量相等 ⇒流量方程 （2）连轧机组中，制约连轧关系的因素 有4个，即：（取i 、 i+1 机架） 第i机架轧辊入口处带钢的后张力与其给 定值之间的偏差 第i机架轧辊入口处带钢厚度与其给定值 之间的偏差 第i+1机架轧辊出口处带钢的前张力与其 给定值之间的偏差 第i和i +1机架轧辊中的金属变形抗力与 其计算值之间的偏差
（2）双机连轧张力的检测 ①检测手段： 直接检测：张力计测得，受温度制约 间接检测：通过检测轧制压力和电动 机力矩的方法来确定张力值的大小 ② 检测过程分析：电机力矩MD=MC+Md 按各项展开后得：
对于R3轧机，TH=0， 则： Th= 因此，只要检测出右边各项的值，便可 以计算出机架间轧件的张力值。
（2）确定活套量与摆角之间的关系 ⇒自动控制的数学模型 公式展开后、处理后得：
即：
∴ 连轧时的活套量Δl，即 F(θ) ，它是 与活套辊的摆角θ的平方成正比。也 即：θ角的变化反映出活套量的变 化， 这形成了一个重要的概念，连轧 时张力计算机控制就是对活套高度的 控制， 其实质是控制活套辊的摆角θ。
电流记忆方式 （简称为AMTC） 力矩记忆方式 轧制力矩-轧制压力记忆方式（简称为 CFTC) 其中，电流记忆方式陈旧，力矩记忆方 式经过了改进，而轧制力矩-轧制压力记忆 方式是按轧制力矩与轧制压力之比几乎恒 定的原理建立的，应用最为广泛

2. 各种控制方式的控制特征及其优缺点 （1）概念 （2）控制过程 （3）优缺点
2. 基本原理：按下列步骤分析 P—R3的轧制压 力，由压头 直接测得； R—R3机架工作 辊半径； a—R3的力臂； T—R3机架上轧 件的出口张力。
（1）确定力臂 当轧件仅在R3机架中轧制时，根据 压头测到轧制压力PSR及由仪表测得Ia， 而此时的轧制力矩MSR为：
= ⇒
∵R3与R4机架相距很近，基本上可以认 为R3机架在单机轧制与双机连轧时的 轧制条件（如R、t、h、ℇ等）无变化 或变化极微⇒可以把力臂系数入看成 定值 ∴力臂也是一个定值，即由上式所定
二、直接法控制张力的基本原理 1.基本原理：由张力计或活套量给出实 际张力信号，并反馈给张力计算机控 制系统，从而进行张力恒定的控制。 2.方法——有二种 利用张力计测量实际的张力，并将它 作为张力反馈信号，使张力达到恒定 利用活套建立张力，由活套位置发送 器给出信号，改变卷取机的速度，维 持活套大小不变，从而控制张力恒定
由此可见：热轧时所谓的“无张力自动 控 制”，其实质为微张力控制， 以达到轧件尺寸、形状准 确，轧制过程稳定的目的。 应用：无张力自动控制技术主要应用于 难以形成活套的场合，如：热轧 带钢的粗轧连轧机、大中型型钢 轧机、线材棒材的粗轧和中间轧 机，得到广泛地采用
二、无张力自动控制的方式
1. 方式——通常有三种
（3）双机连轧时的无张力控制系统 首先，当轧件在R3机架中进行轧 制，而尚未进人R4机架之前，R3机架 的压头(LC)测出其轧制压力，经乘法 器和求和放大器将力臂值a计算出来， 并在采样保持器中记忆保持，作为轧 件在R3和R4机架中进行双机连轧时计 算轧制力矩之用。 然后，当轧件在R3和R4机架只进
三、混合法张力控制系统 即采用直接法和间接法的系统， 通常是把间接张力控制系统作为粗 调，而把直接张力控制系统作为张 力的细（精）调。
6.3 热连轧无（微）张力自动控制 一、无（微）张力自动控制的提出 在连轧过程中，由于： 各机架的压下量和速度设定值不合适 轧件咬入时的冲击而引起的一定速度降 轧件沿长度方向上其厚度和宽度的波动 轧件沿长度方向上有水冷黑印和头尾温差 轧件头部温度降低 轧辊热膨胀、磨损和轴承中油膜厚度的变化 加减速时的过渡速度响应性差等因素