冷带轧机液压AGC系统轧机刚度测试试验研究
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２１ ０ ２年 ９月
机床 与液压
ＭＡＣ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩ ＨＩ ｅＳ
Ｓｐ ２ ２ ｅ ． ０１
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ７ １ ４ ．１
第４ ０卷 第 １ ７期
ＤＯ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ Ｉ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ １ ． １ ｓ ８ １ பைடு நூலகம் １ ． ７ Ｏ １
制力和缸位 移值 。其 中为 了保证 每次 恒定 步 长增 减
参 考文献 ：
【 】国家 自 １ 然科学基金委员会工程与材料学部． 机械与制造
科 学［ ． Ｍ］ 北京 ： 科学出版社 ， ０ ６ ８— ． ２０ ： ９
后，轧制力实际值能够 ； 达到设定值， 在每次恒 器
定步长 增 减后 ，设 定值 变化需经过一定 的延 时。 位置 闭环 和轧 制力 闭 环
收 稿 日期 ：２ １ — ９— ５ ０ １ ０ ０
和末端为 曲线 ，在中间一定 的范 围内近似为直线 ，造 成这种现象的主要原因是非线性 因素 的影 响 。在实 际轧制过程 中，冷带 轧机 主要工作在线性范 围内，冷 带轧机轧制理论 中也主要以此段 为研究对象 。在轧制 理论 中，直线部分的斜率 即为轧机 刚度 ，而轧机刚度 的物理 意义是指冷带轧机抵抗弹性变形的能力 ，轧机 刚度越 大 （ 即弹性 曲线越 陡） ，表 明轧机在轧 制过程 中的弹性变形就越小 。 轧机刚度 可根据轧制理论计算求得 ，但是 由于存 在着诸如零件 间隙等非线性 因素 ，计算求得的刚度并 不准确。 目前 ，液 压 Ａ Ｃ系统 中所 用 的轧机 刚度通 Ｇ 常是对轧机进行实测而求得 的 ，轧机刚度 的实测方法 主要有轧板法和轧辊压靠法 。 轧板法需在测试时进行 带钢轧 制 ，而轧辊压靠法 主要是通过上下轧辊的接触压靠来 进行测试 。由于轧 板法受到带钢厚度 的影 响 ，轧制力 变化 范 围不 够大 ，
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・
４ Ｏ・
机床与液压
第４ ０卷
轧机实 时监控 主 界面 可 以监控 操作 台数 字量 信
验 ，所开发 出的轧机刚度测控 系统可实现压下 电液伺
号 、传感器的模 拟量信 号和轧机状态 的变化 ，实时监
控主界面如图 ２所示 。
服控制系统轧制力闭环和位置闭环 ，具备人机界面和
基 金 项 目 ：南 京 工 程 学 院 校 级科 研 基 金 项 目 （ Ｋ２ １０ ） Ｙ Ｊ０ ０ ７
作者简 介 ：孙 孟 辉 （ ９ １ ） １８ 一 ，男 ，博 士，讲 师 ，研 究 方 向 为 冷 带 轧 机 板 厚 控 制 技 术。 Ｅ—ｍａ ：ｓｎ ｅｇｕ１８ ＠ ｉ ｕ ｍ ｎｈｉ９ １ ｌ
数据存储功能。所采用 的测试方法可精确地测试 出冷 带轧机刚度 ，在每次恒定步长增减后 ，加入了一定 的
延时 ，该 方法 可保证 轧制力 实际值达 到实 际给定值 。 该方法切实可靠。
３ 试 验研 究 试验中使轧辊保持 在恒定 的转速 ，开始时采用位 置闭环将辊缝压靠到位 ，然后采用轧制力闭环进行轧 制力定步长变化 ，同时以恒定步长增加轧制力 ，达到 最大值后 再以同样 的恒定 步长减小轧制力 ，记录下轧
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均采 用 ＰＤ 控 制 策 略 ， Ｉ 压下 位 置 伺 服 系 统 ＰＤ Ｉ
控制 阶跃 响应 如 图 ３所
示。 图 ３ 冷带 轧机压下位
置伺 服系统 ＰＤ Ｉ 控制 阶跃 响应
【】 ２ 王益群 ， 孙孟辉 ， 张伟 ． 冷连 轧机液压 Ａ Ｃ分布式计 算 Ｇ 机控制 ［］机床 与液压 ， ０ ， （ ）１ １ ． Ｊ． ２ ７３ ３ ： ０— ２ ０ ５ ２ ３
【】 ３ 杨安， 欧阳奇． 轧机液压 Ａ Ｃ系统建模与仿真［ ］机床 Ｇ Ｊ．
与液压 ，０ ８ ３ （ ） ２４— ４ ． ２０ ，６ ９ ：４ ２ ６
【 】Ｚ Ａ Ｇ Ｗ ｉＳ Ｎ Ｍ ｎｈｉＷＡ Ｇ Ｙｑｎ Ｒ ｓ ｒ ｆ ４ Ｈ Ｎ ｅ，Ｕ ｅｇｕ， Ｎ ｉ ． ｅ ａ ｈｏ ｕ ｅｃ
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冷带轧机为复杂机 电系统 ，对其板厚控制 系统控 制精度 的要求也越来越高 。轧机刚度是冷带 轧机 液压 Ａ Ｃ （ ｕｏ ａ ｃＧ ｕｅＣ ｎ ｏ） 系统 中 的重 要 Ｇ Ａ ｔ ｔ ａｇ ｏｔ １ ｍ ｉ ｒ 参数 ，对于建立 液压 Ａ Ｃ系统精确 的轧制模 型 以及 Ｇ 进行高精度 的板厚控制都有着重要的影响 。 。 作者 以 ３ ０型可逆冷带 轧机 为对象 ，针对冷带轧 ０ 机液压 Ａ Ｃ系统 ，进 行 了轧 机 刚度 测试试 验并 对轧 Ｇ 机 刚度进行 了辨识 。同时 ，开发出了适用 于轧机 刚度 测试试 验的测控 系统 ，该系统可实现轧制力闭环和位 置 闭环 ，进行测试试验 以及数据采集 ，并具备过程 自 动化级 和基础 自动化级 。 １ 冷带 轧机 轧机 刚度 在冷 轧带钢 轧制过程 中 ，由于轧件变形抗力的作 用 ，轧机 机架 和轧辊都会产生一定 的弹性变形 ，并导 致辊缝增 大。根 据轧制力 和辊缝值可得到轧机变形 的 弹性 曲线 ，该 曲线并非完全是直线 ，而是在其起始段
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中 图 分 类 号 ：Ｔ ３４ ９ Ｐ７ Ｇ ３ ． ；Ｔ ２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —３ ８ （０ ２ １ ０ ８—３ ０ １ ８ １ ２ １ ） ７— ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ Ｔｅ ｔｎ ｐ ｒｍ ｅ ｆ Ｍ ｉ Ｒｉ ｉ ｔ ｎ Ｈｙ ａ ｌｃ ＡＧＣ ｓ ａ ｃ ｏ ｓｉ ｇ Ｅｘ ｅ ｉ ｎｔｏ Ⅱ ｇ ｄｉｙ ｉ ｄｒ ｕ ｉ
冷 带 轧机 液压 Ａ Ｃ系 统轧 机 刚度测 试 试验 研 究 Ｇ
孙孟辉 王益群 ， ，张伟
（．南京 工程 学院机械 工程 学 院 ，江 苏南京 ２ １６ ； １ １ １７ ２ ．燕山 大学机械 工程 学 院，河 北秦 皇 岛 ０６０ ） ６０４
摘要 ：以 ３ ０型可逆冷带轧机为对象 ，针对冷带轧机液压 Ａ Ｃ系统 ，开发 出了适用于轧机 刚度测试试 验的测控 系统 ， ０ Ｇ 该 系统具备人机界 面和数据存储功能 ，可实现轧制力闭环和位置闭环 。同时 ，进行 了轧 机刚度测试试验 ，采用 最小二乘法 辨识 出了轧机 刚度 。在试验过程 中，采用位置闭环将辊缝压靠到位 ，然后 采用轧制力 闭环进 行轧制力定步长 变化 ，并在每 次恒 定步长增 减后 ，加入一定延 时，以保证轧制力实际值达到实际给定值。 关键 词 ：冷带 轧机 ；液压 Ａ Ｃ系统 ；轧机刚度测试 ；最小二乘法 Ｇ
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：Ｃ ｌ ｏｌ ｇ ｍｉ ；Ｈｙ ｒ ｕ ｉ ＡＧＣ ｓ ｓｅ ；Ｍｉ ｇ ｄｔ ｅ ｔ ｇ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｔｏ ｙ ｒ ｓ ｏｄｒｌｎ ｌ ｉ ｌ ｄａ ｌ ｃ ｙ ｔｍ ｌ ｒ ｉ ｉ ｔｓｉ ；Ｌ ａ ｔ ｑ ａ ｅ ｍｅｈ ｄ ｌ ｉ ｙ ｎ
２１ ０ ２年 ９月
机床 与液压
ＭＡＣ ＮＥ ＴＯＯＬ ＆ ＨＹＤＲＡＵＬＩ ＨＩ ｅＳ
Ｓｐ ２ ２ ｅ ． ０１
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ ７ １ ４ ．１
第４ ０卷 第 １ ７期
ＤＯ ：１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ Ｉ ０ ３ ６ ／．ｓ ． ０ １—３ ８ ． ０ ２ １ ． １ ｓ ８ １ பைடு நூலகம் １ ． ７ Ｏ １
制力和缸位 移值 。其 中为 了保证 每次 恒定 步 长增 减
参 考文献 ：
【 】国家 自 １ 然科学基金委员会工程与材料学部． 机械与制造
科 学［ ． Ｍ］ 北京 ： 科学出版社 ， ０ ６ ８— ． ２０ ： ９
后，轧制力实际值能够 ； 达到设定值， 在每次恒 器
定步长 增 减后 ，设 定值 变化需经过一定 的延 时。 位置 闭环 和轧 制力 闭 环
收 稿 日期 ：２ １ — ９— ５ ０ １ ０ ０
和末端为 曲线 ，在中间一定 的范 围内近似为直线 ，造 成这种现象的主要原因是非线性 因素 的影 响 。在实 际轧制过程 中，冷带 轧机 主要工作在线性范 围内，冷 带轧机轧制理论 中也主要以此段 为研究对象 。在轧制 理论 中，直线部分的斜率 即为轧机 刚度 ，而轧机刚度 的物理 意义是指冷带轧机抵抗弹性变形的能力 ，轧机 刚度越 大 （ 即弹性 曲线越 陡） ，表 明轧机在轧 制过程 中的弹性变形就越小 。 轧机刚度 可根据轧制理论计算求得 ，但是 由于存 在着诸如零件 间隙等非线性 因素 ，计算求得的刚度并 不准确。 目前 ，液 压 Ａ Ｃ系统 中所 用 的轧机 刚度通 Ｇ 常是对轧机进行实测而求得 的 ，轧机刚度 的实测方法 主要有轧板法和轧辊压靠法 。 轧板法需在测试时进行 带钢轧 制 ，而轧辊压靠法 主要是通过上下轧辊的接触压靠来 进行测试 。由于轧 板法受到带钢厚度 的影 响 ，轧制力 变化 范 围不 够大 ，
ｊｃ ｏ ０ｔ ｅｒｖｒ ｏｄｒ ｌ ｇ ｌ， ｈｃ ａ ｐ ｒｐ ａｅｏ ｓｎ ｐｒ ｅｔ ｒ ｉ ｇｄ ｙ ｈ ｓ ｍ ｗ ｓ ｏｓｓ ｄｏ ｕ ｅｔ ｆ ０ ｐ ｅ ｅ ｌ ｌｎ ｌ ｗ ｉ ｗ ｓａｐｏｒ ｔ ｆ ｔ ｔ ｇ ｘｅ ｍ ｎ ｆ ｌｒ ｉｉ ．Ｔ ｅｓ ｔ ａ ｓｅｓ ｆ － ３ ｙ ｅ ｓｃ ｏ ｉ ｍｉ ｈ ｉ ｒｅ ｉ ｅ ｉ ｍｌ ｏ ｉ ｔ ｙｅ ｐ ｅ ｈ
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第４ ０卷
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基 金 项 目 ：南 京 工 程 学 院 校 级科 研 基 金 项 目 （ Ｋ２ １０ ） Ｙ Ｊ０ ０ ７
作者简 介 ：孙 孟 辉 （ ９ １ ） １８ 一 ，男 ，博 士，讲 师 ，研 究 方 向 为 冷 带 轧 机 板 厚 控 制 技 术。 Ｅ—ｍａ ：ｓｎ ｅｇｕ１８ ＠ ｉ ｕ ｍ ｎｈｉ９ １ ｌ
数据存储功能。所采用 的测试方法可精确地测试 出冷 带轧机刚度 ，在每次恒定步长增减后 ，加入了一定 的
延时 ，该 方法 可保证 轧制力 实际值达 到实 际给定值 。 该方法切实可靠。
３ 试 验研 究 试验中使轧辊保持 在恒定 的转速 ，开始时采用位 置闭环将辊缝压靠到位 ，然后采用轧制力闭环进行轧 制力定步长变化 ，同时以恒定步长增加轧制力 ，达到 最大值后 再以同样 的恒定 步长减小轧制力 ，记录下轧
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均采 用 ＰＤ 控 制 策 略 ， Ｉ 压下 位 置 伺 服 系 统 ＰＤ Ｉ
控制 阶跃 响应 如 图 ３所
示。 图 ３ 冷带 轧机压下位
置伺 服系统 ＰＤ Ｉ 控制 阶跃 响应
【】 ２ 王益群 ， 孙孟辉 ， 张伟 ． 冷连 轧机液压 Ａ Ｃ分布式计 算 Ｇ 机控制 ［］机床 与液压 ， ０ ， （ ）１ １ ． Ｊ． ２ ７３ ３ ： ０— ２ ０ ５ ２ ３
【】 ３ 杨安， 欧阳奇． 轧机液压 Ａ Ｃ系统建模与仿真［ ］机床 Ｇ Ｊ．
与液压 ，０ ８ ３ （ ） ２４— ４ ． ２０ ，６ ９ ：４ ２ ６
【 】Ｚ Ａ Ｇ Ｗ ｉＳ Ｎ Ｍ ｎｈｉＷＡ Ｇ Ｙｑｎ Ｒ ｓ ｒ ｆ ４ Ｈ Ｎ ｅ，Ｕ ｅｇｕ， Ｎ ｉ ． ｅ ａ ｈｏ ｕ ｅｃ
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冷带轧机为复杂机 电系统 ，对其板厚控制 系统控 制精度 的要求也越来越高 。轧机刚度是冷带 轧机 液压 Ａ Ｃ （ ｕｏ ａ ｃＧ ｕｅＣ ｎ ｏ） 系统 中 的重 要 Ｇ Ａ ｔ ｔ ａｇ ｏｔ １ ｍ ｉ ｒ 参数 ，对于建立 液压 Ａ Ｃ系统精确 的轧制模 型 以及 Ｇ 进行高精度 的板厚控制都有着重要的影响 。 。 作者 以 ３ ０型可逆冷带 轧机 为对象 ，针对冷带轧 ０ 机液压 Ａ Ｃ系统 ，进 行 了轧 机 刚度 测试试 验并 对轧 Ｇ 机 刚度进行 了辨识 。同时 ，开发出了适用 于轧机 刚度 测试试 验的测控 系统 ，该系统可实现轧制力闭环和位 置 闭环 ，进行测试试验 以及数据采集 ，并具备过程 自 动化级 和基础 自动化级 。 １ 冷带 轧机 轧机 刚度 在冷 轧带钢 轧制过程 中 ，由于轧件变形抗力的作 用 ，轧机 机架 和轧辊都会产生一定 的弹性变形 ，并导 致辊缝增 大。根 据轧制力 和辊缝值可得到轧机变形 的 弹性 曲线 ，该 曲线并非完全是直线 ，而是在其起始段
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中 图 分 类 号 ：Ｔ ３４ ９ Ｐ７ Ｇ ３ ． ；Ｔ ２ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —３ ８ （０ ２ １ ０ ８—３ ０ １ ８ １ ２ １ ） ７— ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｎ Ｔｅ ｔｎ ｐ ｒｍ ｅ ｆ Ｍ ｉ Ｒｉ ｉ ｔ ｎ Ｈｙ ａ ｌｃ ＡＧＣ ｓ ａ ｃ ｏ ｓｉ ｇ Ｅｘ ｅ ｉ ｎｔｏ Ⅱ ｇ ｄｉｙ ｉ ｄｒ ｕ ｉ
冷 带 轧机 液压 Ａ Ｃ系 统轧 机 刚度测 试 试验 研 究 Ｇ
孙孟辉 王益群 ， ，张伟
（．南京 工程 学院机械 工程 学 院 ，江 苏南京 ２ １６ ； １ １ １７ ２ ．燕山 大学机械 工程 学 院，河 北秦 皇 岛 ０６０ ） ６０４
摘要 ：以 ３ ０型可逆冷带轧机为对象 ，针对冷带轧机液压 Ａ Ｃ系统 ，开发 出了适用于轧机 刚度测试试 验的测控 系统 ， ０ Ｇ 该 系统具备人机界 面和数据存储功能 ，可实现轧制力闭环和位置闭环 。同时 ，进行 了轧 机刚度测试试验 ，采用 最小二乘法 辨识 出了轧机 刚度 。在试验过程 中，采用位置闭环将辊缝压靠到位 ，然后 采用轧制力 闭环进 行轧制力定步长 变化 ，并在每 次恒 定步长增 减后 ，加入一定延 时，以保证轧制力实际值达到实际给定值。 关键 词 ：冷带 轧机 ；液压 Ａ Ｃ系统 ；轧机刚度测试 ；最小二乘法 Ｇ