厚度自动控制AGC

(1)轧机方面的原因(见图4) 属于这类的有轧辊偏心(使轧辊 发生周期变动)和轧辊热胀、轧辊 磨损。前者为一变化频率高的外部 干扰量，后者则变化缓慢，但产生 的现象都是在辊缝指示值So不变 的情况下，实际辊缝有所变动。因 此，使出口厚度波动。
图4 偏心影响及偏心控制
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(2)轧件方面的原因 属于这类的有入口厚度波动边(图5)和轧件硬 度波动(图6)。
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由上两式可以解出：
T
K P h
P
h
K P
S
T
T
当辊缝不动时：
K P
T
h P
h
T
式中，K-轧机刚度；h -厚度偏差；T -张力调节量；
P
h - 厚度对轧制压力的影响系数； P - 张力对轧制压力的影响系数
T
通过速度的调节来改变张力。
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3.AGC
张力AGC调节范围有限，一般调节量不超过张力设定值的15%。 它适用于冷轧，尤其是冷轧后面的道次，由于轧件加工硬化，压下 效率很低，这时宜采用张力AGC进行厚控。
h0b0v0 h1b1v1
在冷轧过程中，带钢宽度几乎不变。即：
h0v0 h1v1
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3.AGC
如果考虑厚度偏差，则有：
v0 (h0 h0 ) v1(h1 h1 )
因此，出口厚度偏差为：
h1
v0 v1
(h0
h0 )
h1
V0*
得到出口厚度偏差后，对辊缝进行调节：
S K M h K
h1*
Δh=h*-h1
h1
ΔS
H*
V1*
图15 流量AGC
由于激光测速仪能够精确测量带钢入、出口速度，因此流量AGC即根据入 口厚度、入口速度和出口速度准确地计算出出口厚差并进行控制，同时，厚 度测量点就是轧件出口速度，没有延时。
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3.8 位置内环-厚度外环 / 轧制力内环-厚度外环控制方式
现代冷轧机普遍采用全液压压下，其自动厚度控制系统可以采用 常规的位置内环、厚度外环方式，亦可采用轧制力内环、厚度外环方 式，单独的恒轧制力环可以消除偏心影响，但单纯恒轧制力环将放大 带钢带来的外扰(来料厚差及硬度变动)，因此，一般很少单纯采用轧 制力环，而是采用轧制力内环、厚度外环方式(见图17)。轧制力内环 用来消除偏心，而在轧制力环外再加上厚度环以消除轧件带来的外扰。
由图2可以看出：
h = Sp = S + P/K
(1)
其中：S-空载辊缝；P-轧制压力；K-轧机刚度。
实际生产中，辊缝零点（位）很难确定，一般采用轧辊压靠方法 确定轧辊的零位（图3）（压靠过程中同时测定轧辊刚度）。
h = So +(P-P0)/Kp + O + G
(2)
式中 So----人工零位的辊缝仪指示值，mm；
它们间的关系可推导如下。
图10 S 和h 的关系
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3.AGC
S ab
h cb
tan K
tan M
ab ac cb cd cd cd ( 1 1 ) cd ( K M )
tan tan
KM
KM
cb cd M
cd
h S
cb ab
M cd (K
M
)
K
K M
KM
h K S
h = 43; G）
(2)
轧制若干铝板，得到几个不同的刚度系数，然后求平均值。
b) 压靠法
轧机慢速转动，将轧辊压靠，得到表1所示的压力和辊缝值。由此可以求出
各刚度系数：
Ki
Pi Si
最后取平均值，求出该轧机的刚度（系数）。
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轧制压力（t） 辊缝(mm) 刚度系数Ki(t/mm) 平均值
❖
影响头部命中率的因素为：设定模型精度不高（主要是轧制力
模型的精度）；
影响带钢全长厚度偏差的因素可分为：
（1） 由带钢本身工艺参数波动造成，包括来料厚度不均以及化学成 分偏析等；
（2） 由轧机参数波动造成，包括支持辊偏心、轧辊热膨胀、轧辊磨 损以及油膜轴承油膜厚度的变化等。
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2.弹塑性曲线
2.弹塑性曲线
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主要内容
1.冷轧产生厚差的原因 2.弹塑性曲线 3. AGC 4. HC轧机受力分析 5.传动力矩 6. 轧制压力（变形抗力）
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1.冷轧产生厚差的原因
1.冷轧产生厚差的原因
冷带厚度精度分为：带钢头部厚度命中率和带钢全长厚度偏差。 带钢头部厚度命中率取决于厚度设定模型的精度；带钢全长厚度差由 AGC 根 据 头 部 厚 度 （ 相 对 AGC 采 用 头 部 锁 定 ） 或 根 据 设 定 的 厚 度 （绝对AGC）使全长各点厚度与锁定值或设定值之差小于允许范围。
P
图1 P-h图（弹塑性曲线）
P
M K
0
S
S(h)
h
H
图2 P-h图
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P-h图在定性上比较直观，是目前讨论厚差和厚度控制现象的一个 有用工具。由于轧出厚度h即为“有载”辊缝值，因此在横坐标h上亦 很清楚地表达了“空载”辊缝值So，轧出厚度h和机座弹跳量。这样在 P—h图上可以同时表达出轧机弹性变形和轧件塑性变形的情况。
K M
K=Cp，轧机刚度系数，t/mm;M=Q，轧件塑性系数，t/mm。
❖ 因此，在Cp和Q一定的情况下，为了消除h值， 压下需移动 S
值才行。K M 称为辊缝传递函数，或者压下效率系数。
K
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3.AGC
轧机刚度（系数）和轧件塑性系数的确定。
（1）轧机刚度K a) 轧板法
将轧机压靠到一定压力后，抬起轧辊，固定辊缝，轧制一定厚度的轧 件，测量轧后厚度、轧制压力等，由式（2）可以求出轧机刚度：
表1 压靠法测量轧机刚度
0
100
300
800
1100
12 12.5
13
14
14.5
200
200
500
600
600
1450 … 15 …
700
（2）轧件塑性系数M
采用计算法确定轧件塑性系数M，根据定义： M Pi hi
用轧制压力公式计算在一定的hi下的压力Pi，然后，将厚度增加一个
增量 hi ，计算轧制压力增量 Pi ， 根据M的定义，可以得到轧件塑性
K-----机座刚度系数，kN/mm；
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2.弹塑性曲线
P l
P
P0
l' n
k
x3
图3 轧辊压靠
P-----轧制压力，kN； P0---- 预压靠力，kN； O---油膜厚度，mm； G---辊缝零位，mm。
S0
x2
x1
S
' 0
x
h
H
S
轧辊压靠零位实际上是负辊缝 （压扁辊缝）
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2.弹塑性曲线
反馈AGC系统利用轧机后的测厚仪，检测实际轧出厚度，与给定 目标厚度相比，得到实际厚度偏差，并用此偏差信号去控制压下进行 厚度控制。反馈AGC的原理见图9。
反馈AGC的主要缺点是，实际调厚的点不是所检测之处，存在滞 后现象。
反馈AGC的控制量为：
S K M h K
3.4 GM-AGC
为了减小反馈AGC的滞后，可以利用机架作为“侧厚仪”测量轧
H h x h P M
又： P K; P h • K h
ΔP
P K
x M
代入整理： h M H M K
0
Δh
S(h)
h
ΔH
经过轧制以后，来料厚差减小了， 称为轧机的自纠偏能力。
图8 来料厚差和成品厚差的关系
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2.弹塑性曲线
为了消除厚差，可采用各种不同的措施(厚度控制方案)：
a)移动压下
当轧件出口厚度增大时，增加 张力，降低轧制压力，减小轧辊
S K M h K
弹跳，使轧件出口厚度变小，回到
目标值。张力调节量和轧件厚差的
关系可通过弹跳方程和压力方程的
联解得到。
h S P K
P P h P T h T
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图14 软硬金属对轧辊调节量的影响
(a) 厚软金属；(b) 薄硬金属
3.7 流量AGC
上述几种AGC，前馈是开环控制；反馈有滞后；GM-AGC厚度” 测量”精度不高；张力AGC调节范围有限。因此，随着激光测速仪 的出现，提出了流量AGC。
流量AGC是在机架前设置测厚仪、激光测速仪，在机架后设置 激光测速仪。其基本原理为：在任一瞬间，进入和离开轧机的带钢 体积保持不变，即：
弹跳方程是分折厚度自动控制系统的一个有效工具，通过它不但 可以弄清各种因素对厚度的影响，而且还可定量地分析各种厚度控制 方案。一种直观简易的分析方法是将变形区中的轧制力作为纵坐标， 而把厚度作为横坐标，作成P-h图，在此图上，可以综合地研究变形 区中轧件(塑性方程式)和轧辊(弹性方程式)间相互作用又相互联系的 力和变形关系，如图1所示。
位置内环、厚度外环和轧制力内环、厚度外环的控制算法不同， 将在下面分别叙述。位置内环、厚度外环是根据厚差控制轧辊的位置 到一定的目标值；而轧制力内环、厚度外环是根据厚差控制轧制压力 到一定的目标值。
各道次厚度分配确定以后，就可以由轧制压力公式计算出各道次压 力，然后由式（2）计算出各道次需要的轧辊辊缝值，并送到 APC(Automatic Position Control)系统进行辊缝设定。
So=h – [(P-P0)/Kp + O + G]
(3)
由弹塑性曲线，可以定性的分析各种因素对轧制厚度的影响和控制 厚度的方法。
根据图12的几何关系，可以推导出来料厚度偏差H 与S 辊缝 调节量之间的关系为：
S M H
K
WUST
ΔS
H0
ΔH=H*-H0
H*
ΔS
Δh=h*-h0
h0
前馈AGC
反馈AGC
图11 前馈和反馈AGC
图12 H 与S关系
前馈AGC属于开环控制，无法检验控制效果。
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3.AGC
3.3 反馈AGC
图5 来料厚度偏差及控制
图6 来料硬度影响及控制
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2.弹塑性曲线
轧机刚度对厚差的影响
图7 轧机刚度对轧件厚度的影响 当来料出现厚度偏差时，轧机刚度大，则产生的出口厚差小。
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2.弹塑性曲线
轧机的自消差能力
如图8所示，当来料出现厚度偏差
P
H 时，轧产生的出口厚差 h 。由
图中的几何关系可知：
h0
Δh=h*-h0
ΔS
h* P*, S*
图13 GM-AGC
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3.5 X-射线测厚仪监控AGC 间接测厚的厚度控制系统虽然考虑了各种补偿因素(如油膜厚度、
辊缝零位常数等)，其精度总是低于X射线测厚仪直接测出的厚度值。 因此，在本卷钢厚度控制系统投入后，仍需以X射线测厚仪所测得的 成品厚度实测值为基准，对AGC系统进行监视。当成品厚度和设定 值有偏差时，将此偏差值积分后反馈到每个机架的ACC系统(积分控 制)中。
这常用来消除轧件方面原因造成的厚差。如果轧件较硬(当轧合金 钢或轧件较薄时，轧件塑性变形线较陡)，则移动压下来调厚的效率较
低，能消除的 h 值较小，大部分都转成轧机弹性变形了。
对于轧机方面的原因造成的厚差，如是热胀等缓慢变化量，则可 用相应的压下移动来补偿此实际辊缝值的变化，使轧件厚度不变；对 于高频变化的偏心影响，如是液压压下则尚可高速地给予补偿，如是 电动压下，则不能用来回移动压下的方法消除。
出厚度，根据实测的轧制压P力* 、辊S*缝 等值，用弹跳方程求出轧
后厚度：
h* S* P* P0 O G K
WUST
将“实测”的厚 度与目标厚度相比， 得到厚度偏差，然后 换算成辊缝调节量进 行压下调节，消除厚 差。
GM-AGC的优点 是减小了测厚仪反馈 AGC的滞后，但错点 是用弹跳方程测厚， 精度不高。
b)利用张力，改变轧件塑性线 来进行厚度控制，但张力变动范 围有限，变动过大容易造成宽度 不合格，因此控制效果受到限 制。
图9 张力调厚
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3. AGC（Automatic Gauge Control）
3.1 辊缝传递函数
S 和 h 关系(图10)。 由图知，当压下移动 S 时，轧件厚度变化并不是S ，而仅仅是 h ，
X射线测厚仪监控和辊缝零位常数G自学习的区别在于，G是不 断递推，由n根钢测得后递推到n+1根钢时应用，而监控仅用于本卷 钢，当尾部一离开第一机架即停止工作，并将累积的监控值清零。
X-射线测厚仪监控AGC属于大滞后系统。
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3.AGC
3.6 张力AGC
上述几种AGC均为压下AGC，但轧制薄而硬的带材时（M很大）， 压下调节效率不高，这时需采用张力AGC进行 厚度控制。
系数。
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3.AGC
3.2 前馈AGC
AGC系统一般是根据反馈原理工作的，即利用直接或间接测厚 (间接测厚即用实测轧制力和辊缝信号用弹跳方程来测厚)，检测出实 际轧出厚度后，与给定值相比，求得实际厚度偏差，并用此偏差信号 去控制压下进行厚度控制。但反馈AGC的主要缺点是，实际调厚的 点不是所检测之处，存在滞后现象。为了克服这一点，在采用计算机 控制基础上，可采用预控原理来调厚，即用人口测厚仪或用上一机架 弹跳方程测出出口厚度，亦即延时后将为本架人口厚度，当它和给定 值相比有偏差时，可预先估计出将产生的出口厚度偏差值，由此可确 定应有的辊缝调节量，然后根据检测点进入轧机的时间，并考虑移动 所需的时间，提前进行控制，使控制点即为此检测点。前馈AGC的 原理见图11。