秒流量控制在雙機架可逆冷軋機AGC系統中應用

王軍剛 西部鈦業有限公司

秒流量控制在雙機架可逆冷軋機AGC系統中應用

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本文以某冷軋薄板廠雙機架可逆冷軋機為研究基礎，對雙機架可逆冷軋機AGC系統中秒流量控制進行分析，并對其結構，控制算法及特性進行了深入研究，對研究可逆式冷軋機AGC系統中的秒流量控制具有借鑒作用。

AGC；秒流量；積分增益

1.概述

雙機架可逆冷軋機是近年來國際上推出的很有特色的冷軋機機型，由于其即具有單機架可逆式冷軋機生產靈活的特點，又具有連續式冷軋機生產能力大的優勢，已成為冷軋帶鋼領域的一種重要機型。本文所研究的雙機架可逆軋機是由兩臺六輥UC軋機組成，主要由開卷機、左右卷取機、1#2#六輥軋機、皮帶助卷器、鋼卷小車等設備組成，并建有傳動液壓站、AGC液壓站、稀油潤滑站及乳化液系統等。

2.秒流量控制基本原理

板帶材的厚度精度是冷軋薄板的重要質量指標之一，因此，厚度自動控制（Automatic Gauge Control,簡稱AGC）成為冷連軋過程自動化系統中的關鍵組成部分。AGC主要分為前饋AGC和反饋AGC，秒流量AGC，張力AGC，下面主要對秒流量AGC基本原理做以介紹：

秒流量AGC的基本數學模型是秒體積流量恒定方程——單位時間流入機架入口和流出機架出口的軋件體積相等，即

式中 Be——機架入口軋件寬度；

Bs——機架出口軋件寬度；

H——機架入口軋件厚度；

h——機架出口軋件厚度；

Ve——機架入口軋件速度；

Vs——機架出口軋件速度。

可見，只要能直接檢測機架入口、出口的帶材速度和入口的帶材厚度，即可間接測得機架出口厚度。用這種方法檢測帶材厚度而構成的AGC方式稱為秒流量AGC。

3.秒流量AGC系統

雙機架可逆冷軋機秒流量AGC控制分為上游機架和下游機架，控制原理基本相同，本文以上游機架為研究對象。軋機工作狀態主要有三個：加速、穩態軋制和減速。在穩態軋制時，認為系統處于恒速階段，秒流量AGC起監控作用，帶鋼厚度控制主要是靠前饋和反饋AGC；當軋機在加速或減速狀態時，根據由秒流量恒定方程可知，入口帶鋼速度的變化必然引起一架出口帶鋼厚度發生變化，此時一架出口X射線測厚儀不能及時檢測出帶鋼厚度的變化，所以一架輥縫值也不會發生變化，通過Smith預估器的一架出口帶鋼厚度預估值也就不會發生變化，這樣Smith-AGC系統也就不能及時發揮作用。而此時秒流量AGC系統正好彌補了這一不足。由式（3）可看出，只要測得一架帶鋼入口厚度、入口速度、出口速度值，通過秒流量恒定方程就能及時估計出一架帶鋼出口厚度的變化，然后通過控制算法，計算出此時對應的輥縫調節量。在秒流量AGC系統中輸入到積分器中的厚度偏差為秒流量AGC系統預估的厚度偏差和Smith-AGC系統中一機架模型預測帶鋼出口厚差之差，這部分差就是前面分析的由一機架帶鋼速度的變化所引起的一機架帶鋼出口厚度變化量；這部分厚度的變化量所對應的一架輥縫調節量與Smith-AGC系統的輸出輥縫調節量疊加到一起輸送給HGC（液壓厚度控制）系統。同時在秒流量AGC系統中，對一架入口帶鋼厚度的測量值需要進行跟蹤至一機架輥縫處，因此必須在入口帶鋼厚度測量值后加一延時器。

注意：理論上，秒流量AGC可以消除由于一架入口厚度、速度及出口速度波動所引起的出口厚度的波動，但實際中，由于軋件方面的原因（如軋件的塑性或硬度）引起的出口厚度波動卻不能通過秒流量方程檢測，否則導致系統振蕩，因為這些因素使得出口帶材出口速度變化，理論上可以通過秒流量方程檢測出口厚度變化，但是出口厚度的變化導致出口張力的變化，而此時張力自動控制系統對出口張力變化進行調節，則可以消除出口帶材速度的變化，這時通過秒流量方程就不能正確的檢測出口厚度的變化。因此實際應用中，秒流量AGC具有局限性，應與其他AGC系統配合使用。

3.1 秒流量AGC系統的積分增益

秒流量控制系統采用比例積分微分控制算法，該算法已定義為標準模塊，用戶可以定義的是積分增益，其形式為：

式中， S1MF1為一架輥縫調節量，將（5)式代入(6)式整理得：

3.3 控制效果圖

[1] 劉明俊等.自動控制原理. 國防科技大學出版社

[2]梁慧冰,等.現代控制理論基礎. 機械工業出版社

[3] 傅作寶.冷軋薄板生產.冶金工業出版社

[4] 劉建昌.厚度控制系統分析.東北大學

STD.THICK1.MES—一架入口測厚儀厚度測量

STD.THICK2.MES—一架出口測厚儀厚度測量

UP-SPEED—上游速度測量

DN-SPEED—下游速度測量

從圖可得，在軋機升降速過程中，一架出口帶鋼厚度無明顯波動，控制效果較好。

4.結束語

雙機架可逆軋機秒流量AGC技術發展到目前已比較成熟，已在很多工程中應用。如何應用及積分增益中各種參數的確定、延時計算的準確性，還需要我們進行深入細致的分析研究。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.076