基于板带厚度误差PI反馈的轧机辊缝调节方法

气' 机 械' 化 工 等 工 程 领 域 中 的 各 种 控 制
,"&
系统
."#-
(
为了减小轧机刚度系数波动对板带厚度控制 精度的影响" 提高轧制参数的预设定精度" 从而 改善板带轧制质量" 本文提出了基于板带厚度误 差 [:反馈的轧机辊缝调节方法(
"!板带厚度自动控制原理
厚度作为 板 带 钢 最 主 要 的 尺 寸 质 量 指 标 之
步骤 '* 将式!,$' 式!%$' 式!($ 设计的辊
缝大小的设定值输入轧机液压辊缝调节系统进行 辊缝调节" 最终形成一套完整的轧机辊缝调节 方法(
Z!仿真验证
为了验证本方法的可行性" 在 H=KF=U 中进 行仿真测试( 本文设计了两种轧机刚度系数波动 工况" 仿真测试两种场景下板带厚度控制结果和
的要求" 而板带厚度一直是衡量板带质量的重要 指标之一( 冷轧带钢的厚度是影响冷轧钢板加工 精度和加工性能的重要参数( 厚度控制是冷轧过 程中的重要工序" 是轧制过程的核心环节( 板带
厚度控制是指将不同来料厚度的板带材轧制成规 定厚度板带材的过程( 板带厚度控制的基本原理 是通过改变轧辊辊缝的设定值" 再经过液压辊缝
首先" 建立轧机弹跳方程' 液压辊缝调节动 态方程" 以及从辊缝设定值到板带厚度的动态方 程# 然后通过测厚仪和测压计" 获取轧机出口处 的板带厚度" 以及轧机施加的轧制压力# 其次设 计基于板带厚度误差量 [:反馈的辊缝大小的设 定值" 同时引入比例反馈增益系数与积分反馈增 益系数的单参数化设计# 最后将辊缝大小的设定 值输入轧机液压辊缝调节系统进行辊缝调节"
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$ .6(l3
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式中" :;为比例反馈增益系数# :<为积分反馈 增益系数# '为轧机系统的运行时间# 为积分变
量# 6为轧机刚度系数标称值(
步骤 )* 建立比例反馈增益系数与积分反馈
增益系数的单参数化设计(
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式中" %o& 为可调节的控制器单参数(
#&#) :%$"!!!!!!!!!!!!!!! !!!重 型 机 械
最终形成一套完整的轧机辊缝调节方法" 实现 板带厚度的高精度控制( 具体控制原理如图 #

所示(
+#/+
图 #!轧机辊缝调节原理图
!!基于板带厚度误差 [:反馈的轧机辊缝调节 方法流程如图 Z 所示" 包括以下步骤(
图 Z!轧机辊缝调节流程图
+Z&+
重 型 机 械!! !!!!!!!!!!!!!!!!#&#) :%$"
板带厚度控制稳态误差( 工况 "* 轧 机 刚 度 系 数 周 期 性 波 动" 6 a
' &&& b!" l&$"N78!#'$ $ V4fSS# 工况 #* 轧 机 刚 度 系 数 随 机 性 波 动" 6 a
' &&& b!" l&$&'=+$ V4fSS( 两种工况下的仿真参数见表 "(
,Z .)-
须满足
( ) ". a " l65 34
!#$
式中" ". 为轧机辊缝调整量# 5为轧件的塑性
刚度# 6为轧机刚度系数(
从式!#$ 可知" 为消除带钢的厚度偏差 34" 必须使轧机辊缝调整!" l576$ 34的距离( 当 5' 6为定值时" 轧机辊缝调整量为常数( 然而实际
轧制过程中" 轧机的刚度随轧制速度' 轧制压
关键词 厚度控制# 辊缝调节# 轧机刚度系数# [:反馈 中图分类号 *5ZZ)$/!!文献标志码 -!!文章编号 "&&" ."/,0#&#)&" .&&#% .&'
;%$$+(5 '+$$53&30@21)'"()'")4%0,31"0%(AB*""0,3/C %*1)-+&)4+/C("11"--%-
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步骤 #* 通过测厚仪和测压计" 获取轧机出
口处的板带厚度以及轧机施加的轧制压力(
步骤 Z* 设计基于板带厚度误差量 [:反馈的
辊缝大小的设定值(
.
a.&8! 9
&!前言
现代工业的迅速发展对板带生产提出了更高
收稿日期 #&#Z ."" .#/# 修订日期 #&#) .&" .&) 基金项目 中国机械工业集团有限公司青年科技基金项目! m4>
cc>[<>#&##>)&$ 作者简介 闫玉平!"/(% .$ " 男" 高级工程师" 主要研究方向*
板带精整成套设备的设计' 开发和研究(
<-4<B>R78A" e2-]<7>?78A" 9:+I7" <;2@8A>T7I" <-45iI7" <;*=@
! 1E78=4=K7@8=F2I=MOH=DE78ILOPINI=LDE :8NK7KBKI1@Q" 9KJQ" 07) =8 %"&&"(" 1E78=$
7,1)-3/)* *EIL@FF78AS7FFA=R =JTBNKSI8KSIKE@J U=NIJ @8 [:GIIJU=DV @GNKL7R KE7DV8INNILL@L7NRL@R@NIJ K@ =JJLINNKEI7NNBI@GB8V8@Y8 GFBDKB=K7@8N78 KEIL@FF78AS7FFNK7GG8INND@IGG7D7I8K=GGIDK78AKEI=DDBL=DO@GNKL7R KE7DV8INND@8KL@FQ+7LNKFO" KEIL@FF78AS7FFU@B8DIIWB=K7@8" EOJL=BF7DL@FFILA=R =JTBNKSI8KJO8=S7DIWB=K7@8" =8J JO8=S7DIWB=K7@8 GL@S L@FF78AS7FFA=R NIKK78AM=FBIK@NKL7R KE7DV8INN@BKFIKM=FBI=LIINK=UF7NEIJ# CID@8JFO" KEIKE7DV8INN@GNKL7R I?7K=8J KEIL@FF78ARLINNBLI=LI@UK=78IJ KEL@BAE =KE7DV8INNA=BAI=8J = RLINNBLIA=BAIQ*EI8" =NIKK78AM=FBI@GKEIL@FF78AS7FFA=R 7NJIN7A8IJ U=NIJ @8 KEI[:GIIJU=DV @GKEINKL7R KE7DV8INNILL@L" SI=8YE7FIKEIRL@R@LK7@8=FGIIJU=DV A=78 D@IGG7D7I8K=8J KEI78KIAL=FGIIJU=DV A=78 D@IGG7D7I8K YILIUL@BAEK78 @8I>R=L=SIKILJIN7A8Q+78=FFO" KEINIKK78AM=FBI@GL@FF78AS7FFA=R 7N78RBK78K@KEIEOJL=BF7D L@FFILA=R =JTBNKSI8KNONKIS@GKEIL@FF78AS7FFK@=JTBNKL@FFILA=R" 7KBFK7S=KIFOG@LSN=D@SRFIKINIK@GL@FF78A S7FFA=R =JTBNKSI8KSIKE@JQ*EISIKE@J D=8 7SRL@MINRLI>NIK=DDBL=DO@GL@FF78AR=L=SIKILN" =8J ALI=KFO LIJBDINKEI78GFBI8DI@G7SR=DK@GL@FF78AS7FFNK7GG8INND@IGG7D7I8K@8 KEI=DDBL=DO@GNKL7R KE7DV8INND@8KL@F" YE7DE 7SRL@MIKEI=DDBL=DO@GKEINKL7R KE7DV8INNQ 8"69%-01* KE7DV8INND@8KL@F# L@FFILA=R =JTBNKSI8K# L@FF78AS7FFNK7GG8INND@IGG7D7I8K# [:GIIJU=DV
一" 厚度自动控制是现代化板带钢生产中的重要
组成部分" 通过测厚仪等传感器对带钢实际轧出
厚度进行连续地测量或估计" 并根据实测值与给
定值相比较后的偏差信号" 借助控制回路和装置
或计算机的功能程序" 改变压下位置' 轧制压
力' 张力' 轧制速度等" 把厚度误差控制在允许
,)-
偏差范围之内的方法
(
反馈式厚度自动控制系统如图 " 所示( 带钢
通过测量设备获取的( 轧机刚度系数波动会对现
有方法下的板带厚度控制精度产生显著影响( 针
对轧机刚度系数产生未知波动的情况" 若能设计
一种具有强鲁棒性的厚度控制方法" 将提升板带
轧制效率" 提高板带轧制质量(
[:控制在工业过程控制中大量应用( [:控
制器兼具了 [控制器的快速响应和 :控制器的稳
定性" 因此在许多领域得到了广泛应用" 如电
J . a." . l9.
!)$
J' &8 &8
式中"
J J'表
示对
时
间
求导#
&8 为 液 压 辊 缝 调 节
动态时间常数# .为轧机辊缝设定值# 9为液压 辊缝调节动态增益系数(
根据轧机弹跳方程!Z$ 与液压辊缝调节动态 方程!)$" 建立从辊缝设定值到板带厚度的动态
方程为
( ) ( ) JJ'3
表 "!仿真参数
参数 3 fSS
&8 9 > :; :< (fV4
步骤 "* 建立轧机弹跳方程' 液压辊缝调节 动态方程" 以及从辊缝设定值到板带厚度的动态 方程(
轧机弹跳方程为
3 a. l6(
!Z$
式中" . 为轧机辊缝实际值# (为轧制压力(
由于轧机刚度系数 6 会随着轧制环境变化
而产生未知的波动变化" 实际生产过程中仅已知
轧机刚度系数标称值 6(
液压辊缝调节动态方程为
力' 带钢宽度' 轧辊的材质和凸度' 工作辊与支
撑辊接触部分的状况' 轧辊轴承性质以及润滑油 性质而变化,)- ( 所以" 轧机的刚度系数实际上
不是固定常数" 而是由轧制的各种环境条件所决
定的" 因此厚度控制精度也随轧机刚度系数的波
动而变化(
#!基于板带厚度误差 [:反馈的轧机
辊缝调节方法
!!针对轧机刚度系数产生未知波动" 且波动量 无法获取的问题" 在标准比例控制模型的基础 上" 增加了一个补偿的部分" 以减小轧机刚度系 数波动对板带厚度控制精度的影响" 从而提高板 带轧制质量(
#&#) :%$"!!!!!!!!!!!!!!! !!!重 型 机 械
+#%+
基于板带厚度误差 [:反馈的轧机辊缝调节方法
闫玉平 赵一兴 李!菲 俞洪杰 杨!伟 余!涛
! 中国重型机械研究院股份公司" 陕西 西安 %"&&"($
摘!要 针对轧机刚度系数未知波动影响板带厚度控制精度的问题" 提出了基于板带厚度误差 [: 反馈的轧机辊缝调节方法( 首先" 建立轧机弹跳方程' 液压辊缝调节动态方程" 以及从辊缝设定值到 板带出口厚度的动态方程# 其次通过测厚仪和测压计" 获取轧机出口处的板带厚度" 以及轧机施加的 轧制压力# 然后设计基于板带厚度误差量 [:反馈的辊缝大小的设定值" 同时引入比例反馈增益系数 与积分反馈增益系数的单参数化设计# 最后将辊缝大小的设定值输入轧机液压辊缝调节系统进行辊缝 调节" 最终形成一套完整的轧机辊缝调节方法( 该方法提高了轧制参数的预设定精度" 大大减小了轧 机刚度系数波动对板带厚度控制精度的影响" 从而提高了板带厚度精度(
的 厚 度 计 -51 方 法' 动 态 设 定 -51 方 法
,Z
等
.%-
(
目前的各类方法中"
均需要已知轧机刚
度系数" 但均未考虑轧机刚度系数波动对板带厚
度的影响( 在实际生产过程中" 由于外界温度变
化' 润滑情况' 长期磨损等原因" 轧机刚度系数
会产生
波
,Z
动
.)"(
./-
(
同时"
这种波动值是无法
+#(+
重 型 机 械!! !!!!!!!!!!!!!!!!#&#) :%$"
调节系统改变轧辊辊缝" 控制轧机出口的板带厚 度" 从而得到期望厚度的板带," .)- (
厚度自动控制 ! -51$ 是现代化板带钢生产
中不可缺少的重要组成部分( 目前常用的板带厚
度控制方法有 6:CP->-51方法' 带有系数补偿
从轧机中轧出之后" 通过测厚仪测出实际轧出厚
度" 并与给定厚度比较后得到厚度偏差" 即
34a3 .3"
!"$
式中" 3 为轧机出口处的板带厚度# 3"为板带厚 度设定值" 即期望的板带在轧机出口处的厚度#
34为板带厚度误差量(
图 "!反馈式厚度自动控制系统
根据轧机弹性曲线和轧件塑性曲线可知" 为
了消除已知的厚度偏差" 轧机辊缝调整量 ". 必