關于軋機液壓AGC系統(tǒng)內(nèi)模控制的分析探索

摘要：在科技水平不斷提高的推動下，軋機液壓壓下控制系統(tǒng)正朝著更加精確的方向發(fā)展。AGC（即液壓板厚自動控制）系統(tǒng)在壓制加工中發(fā)揮著特別關鍵的作用，然而，引入機架后測厚儀予以反饋，發(fā)現(xiàn)滯后問題較為嚴重，尤其是低速軋制時更為明顯，由變形區(qū)出口位置運至測厚儀一般耗用幾百ms。這一問題增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，對控制精度的不良影響尤為明顯。所以，本文基于軋機液壓AGC系統(tǒng)內(nèi)模控制進行深入分析，以期解決上述問題。

關鍵詞：軋機；AGC系統(tǒng)；內(nèi)模控制；分析

1.AGC系統(tǒng)概述

液壓AGC系統(tǒng)是一個綜合系統(tǒng)，包含多個厚度自動控制回路，除了液壓壓下位置閉環(huán)及軋制力補償系統(tǒng)之外，還包括測厚儀前饋和監(jiān)控系統(tǒng)等[1]，其主要構(gòu)成元件包括：1）PI控制器；2）電液伺服閥；3）液壓缸；4）軋機負載；5）測厚儀；6）位移傳感器；7）壓力傳感器[2]。

在成品厚差控制中，液壓AGC系統(tǒng)發(fā)揮著不可或缺的作用，然而，引入機架后測厚儀予以反饋，發(fā)現(xiàn)滯后問題較為嚴重，所以，在運用液壓AGC系統(tǒng)的同時，如何結(jié)合內(nèi)模控制的運用，便成了業(yè)內(nèi)人士研究的熱點問題。

2.內(nèi)模控制

2.1.優(yōu)勢

在結(jié)構(gòu)方面，內(nèi)模控制和Smith預估控制之間存在極大的相似之處，其突出特點在于存在一個“內(nèi)模”的過程模型，通過該模型可實現(xiàn)對控制器的設計與制作。內(nèi)模控制具有諸多優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)對純滯后過程的有效控制和改善，再加上在設計方面融入了調(diào)整系統(tǒng)魯棒性的理念，因而大幅提高了內(nèi)模控制本身所具有的使用價值，為其在工業(yè)領域的推廣和應用奠定了堅實的基礎。

2.2.原理

2.2.1.內(nèi)模控制系統(tǒng)

圖1 內(nèi)模控制系統(tǒng)方框圖

2.2.2.內(nèi)模控制器設計

3.內(nèi)模控制器在軋機液壓AGC系統(tǒng)中的應用

在軋機中，引入機架后測厚儀反饋后，滯后效果相當明顯，尤其是低速軋制時更為明顯，由變形區(qū)出口位置運至測厚儀一般耗用幾百ms。這一問題增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，對控制精度的不良影響尤為明顯。

為控制甚至消除上述問題，本文嘗試引入內(nèi)模控制策略，經(jīng)由仿真試驗發(fā)現(xiàn)，該做法確實能夠顯著提高系統(tǒng)穩(wěn)定性以及控制精度。以某五連軋機一機架為例，借助計算機予以仿真分析，得到了如圖2所示的液壓AGC系統(tǒng)響應曲線[3]。

圖2 液壓AGC系統(tǒng)響應曲線

4. 閉式機架模型

該機架可當作對稱結(jié)構(gòu)對待，因而可取1/4結(jié)構(gòu)建立模型。考慮到最大應力通常發(fā)生在壓下螺母孔過渡圓角、機架對稱平面二者相交點位置，為實現(xiàn)降低該位置應力值的目的，該圓角將采用所謂的平挖圓弧（詳見圖3）。在計算時，取E=2.1Mpa，V=0.3（E為彈性模量；V為泊松比）。采用SOLID45六面體單元（8節(jié)點）以及SOLID95六面體單元（20節(jié)點），與此同時，在兩種單元過渡位置采用SOLID92四面體金字塔單元（10節(jié)點）。單元總數(shù)共計12754個，節(jié)點總數(shù)共計17156個。模型如圖4所示。

圖3 機架示意圖 圖4 機架總體模型

5.結(jié)束語

采用液壓AGC系統(tǒng)和內(nèi)模控制有機結(jié)合的辦法，能夠明顯改善液壓AGC系統(tǒng)原本存在的大滯后問題，大幅提升其動態(tài)品質(zhì)。

參考文獻：

[1]孫孟輝，王益群. 冷帶軋機液壓AGC系統(tǒng)板厚控制策略研究[J]. 液壓與氣動，2010，10：15-17.

[2]包野，李玉貴，侯成，王高平. 模糊控制在可逆式四輥軋機液壓AGC系統(tǒng)中的應用[J]. 機械工程與自動化，2013，05：137-139.

[3]王希娟，馮景曉，韋煒. 預測控制在軋機液壓AGC系統(tǒng)中的應用研究[J]. 重型機械，2007，04：16-19.