1、电动-液压综合 AGC 系统的仿真研究控制理论应用电动一液压综合 AGC 系统的仿真研究黄绍辉,孙一康(北京科技大学高效轧制国家工程研究中心,北京 100083)摘要】 针对现有轧机改造,分析了带钢热连轧厚差产生的原因,对电动一液压压下等 AGC 方案进行了仿真研究,分析结果以及实践证明该综合 AGC 方案是老轧机改造的一种可行方案.关键词】硬度前馈;厚度自动控制;轧机改造中图分类号】33.7+1;TG334.9文献标识码】A文章编号】1000-7059(2003)04-0034-04Systemsimulationofelectromotion-hydraulicpressureAGCHUA
2、NGShao-hui,SUNYikarIg(NationalErlgineIlgResearchCenterforAdvancedRoilingTechnology,UniversityofScienceandTechnologyBeiji,Be.jins100083,China)AbsUact:Aimingatthepresenthotstripmillreformation,thereasoncausedthegaugeelTorisaI1al 捌 .Theintegrateprojectofeleemmlotion-hydraulicAGCisstudiedbysimulation.Th
3、epracticeandaI1al 划resultsprovethefeasibilityofit.KeywIs:KFF;AGC;millreformation1 现有轧机改造方案对现有第 2 代轧机电动压下机构的改造方案一般有以下几种.第 1 种 7 个机架全部换成液压机构,这种方案又可分为两种:(1)将电动机构全部拆除,换成长行程的液压机构.(2)保留电动机构,加装短行程的液压微调机构.第 2 种 7 个机架中的后面几个机架加装短行程液压缸.第 1 种全液压机构方案具有快速性和准确性,可以极大地提高板厚精度,但是由于一次性投资太大,所以很少采用.为节约有限的改造资金,充分利用电动压下长行程
4、和液压机构快速性的特点,一般采用第 2 种方案,即在后面几个机架加装液压微调缸的方法来提高精度,在采用下面所述的控制策略后,基本上可以达到全液压机构的效果.2 厚差产生的原因及分析我们在分析了带钢热连轧产生厚差的各种原因 L1J 之后,认为来料厚度波动对成品厚差影响极微.以 2.0mill 的 7 机架热连轧轧制规程为例,当来料厚度有 3%(0.96mm)的阶跃变化时,既使不投入 AGC,在第 7 机架出口处仅剩余 1.2pan 左右的厚差.我们认为影响成品厚差 E3的主要原因是来料温度(硬度 )波动 ,进入热连轧机架的带坯温度波动有以下几类.(1)头,尾温度趋势性变化头,尾温度趋势性变厚是由
5、于尾部进入精轧机前在辊道停留的时间远大于头部的停留时间,在空气中散失更多的热量,因此带钢整体进入精轧机的温度趋势是逐渐降低的,加上精轧机组数次加速轧制,使得带坯本身的实际温度趋势变化更加复杂.(2)水印水印的影响一般和在炉烧钢不均匀有关,在采用步进梁上升和下降比可控的步进炉收稿日期 12002.12-28;修改稿收到日期 12003-02.14作者简介 黄绍辉 (1971.).男,浙江慈溪人,硕士研究生,主要从事冶金自动化方面的研究.34M 曲曲啦 I 蛐 y 咖 m_ti 阻加帕 ND4电动一液压综合 AGC 系统的仿真研究之后会改善很多,但在提高产量时,由于在炉时间不足仍然会有水印存在,波
6、动幅度一般在 30左右.(3)温度随机波动温度的随机波动一般可认为是由于除鳞,冷却水以及在辊道上接触停留的不均匀引起的.当来料某一段有 3%(31)的温度变化时,同样不投人 AGC 将产生 92p_m 左右的厚差,两者差距非常显着.究其原因在于:温度波动在每一个机架都会重复产生厚差,即具有“重发性“, 而这种“重发性“ 不能单纯地用反馈出口厚度偏差信号来消除,因此如果能知道某一段带钢的温度究竟低多少,以及此段带钢距离头部的距离,就可以在每一机架提前对此段带钢进行厚度控制,消除温度变化在此机架产生的厚差,这就是采用硬度前馈最初的想法.电动压下一般速度比较慢,而且在不同轧制压力下,压下加速度也有很
7、大不同.液压压下具有快速和准确的特点,由于液压微调缸的行程有限,一般不能进行大尺度的动作.针对电动压下和液压压下的不同特点,采用电动 KFFAGC 硬度趋势前馈消除头,尾温度趋势性厚差以及水印较为合理,其余的随机偏差由后面的液压 AGC 来解决.头,尾温度趋势性厚差一般为 250350p_m,为消除此厚差,机架最大压下调节量为 7001100p_m,当采用加速轧制时,由于尾部停留时间减少而厚差变小.考虑到压下动作要在 4050s内完成,电动压下只需以 2o25s 的速度压下即可,目前第 2 代轧机的电动压下响应能力已可以满足要求.3 采用硬度前馈消除硬度变化带来的厚差和减少水印【4J采用硬度前
8、馈的关键是获取硬度变化信息,为此,第 1 机架不投人 AGC,仅用于检测轧制力变化,由轧制力变化反过来推算,以获取硬度变化信息,并用该信号前馈控制后面的机架,消除此硬度变化在各个机架带来的厚差.经典弹跳方程如下:.s+G式中,h 为出口厚度;P 为滤波后的轧制压力;P0 为设定的轧制压力 ;S 为实测辊缝;C.为轧机钢度;O 为油膜厚度;G 为辊缝零位.冶金自动化 2o0E年第 4 期轧制压力和变形阻力的关系式为:(2)Bl=LoQp(2)式中,为变形阻力;B 为轧件宽度;Z 为压扁弧长;Q.为摩擦影响系数.当代表硬度的变化 8K 时,将(2)式代人(1)式的偏微分形式可知,只需将辊缝调整一?
9、OK 即可抵消由硬度变化引起的厚差,其中=_i 一,tY 是塑性变形阻力.用硬度前馈解决趋势波动的方法同样也可以用来减小水印,这就需要在采集的轧制压力中分离出水印的最高点和起止点,这些可以通过对第 1机架采集的信号进行有效的滤波处理就能做到.由于每个机架的秒流量相等,因此各机架水印的位置相对头部咬人机架的时间是一样的.当前面机架采用电动压下时,可以适当提前压下时间,以弥补电动压下动作较慢的缺陷.4 压下方案的仿真研究我们以出口厚度为 2.0-姗的 7 机架带钢热连轧为原型进行了 3 种压下方式的仿真,采用的信号如下:斜坡温度趋势一 80oC/40s;随机温度波动 10sin(4t)oC.水印信
10、号宽度为 1s的一 30下凹梯形波,仿真时间总长是 40s.(1)全电动压下80 年代以前建成的热连轧机大都采用 7 机架全电动压下方式,并采用 GMAGC 控制.图 1 是温度斜坡趋势和随机干扰信号共同作用下的轧制仿真结果,第 7 机架出口厚度范围是:8.598p_m(峰一峰值), 中心数值约 50p_m.由此可见全电动AGC 的结果非常一般,原因在于电动压下 AGC 仅仅把厚度误差作为反馈的依据,没有深究产生厚差的原因.由于全电动 AGC 响应速度慢,对于消除水印的轧制仿真效果同样不好,第 7 机架出口厚度范围是:一 45.362.7tin(峰一峰值),绝对厚差达到100p_m 以上,见图
11、 2.但当采用提前压下的办法来克服电动压下速度较慢的缺点时,即使采用同样的设备也可以明显地减小水印厚差.图 3 是通过多次仿真以后确定的相对最优数值时的轧制结果,提前量是425Ins,绝对厚差约为 60p_m 左右.?35?电动一液压综合 AGC 系统的仿真研究蓦瑙碰羽OlO2O轧制时间/s图 1 普通电动压下轧制仿真结果图 2 普通电动压下消除水印仿真结果轧制时间/s图 3 普通电动压下提前动作消除水印的效果(2)全液压压下80 年代以后新建的轧机一般采用反馈 AC:,C的全液压压下方式,由于液压系统的快速性和准确性,可以在很大程度上消除变化较快的随机波动.在同样扰动下的出口板厚比全电动压下
12、要好很多.单纯对于斜坡趋势性信号扰动,第 7 机架出 VI 厚度是 5.3tan.但在斜坡趋势性信号和随机干扰信号共同作用下,第 7 机架出口厚度范围扩大到:31.449(峰一峰值),中心数值约 40,可见最终轧制结果是一个与信号成分有很大关系的综合动态响应结果.全液压压下消除水印的最终轧制结果约为 35pan.(3)电动一液压压下 KFF-AC:,CFlF3 为电动压下,F4f7 为液压压下的电?36?动一液压 KFF-AGC 方式 .改造方案的选定充分发挥不同性质系统的特点,完成与各自特点相适应的功能,同时,合理地增加高性能的液压系统,使得最终结果能够接近全液压系统的效果.电动与液压具有截
13、然不同的特点,电动压下系统是由直流电机通过齿轮,涡杆减速机构带动压下螺丝构成的,压下动作缓慢,压下加速度与轧制力有很大关系,同时,频繁往复的压下动作也会加大机械部件的磨损,电动压下系统的优点是压下行程较大.液压压下系统是由控制伺服机构通过机械油路带动活塞完成压下动作,快速,准确,并且与轧制压力关系较小是液压的特点,但为减少改造资金而采用的液压微调系统,一般压下活塞的行程都较短.根据上述温度波动分析和硬度前馈控制思m 吣窨;mmnnOnnn看巡醚田叭叭窖;nOO琶毯蹬口吾电动一液压综合 AGC 系统的仿真研究路,研究认为,电动压下机构的长行程对于消除缓慢,单调增加的温度趋势更为有效;液压压下的短
14、行程和快速性对于消除最终的残留随机波动和残余厚差较为有效.对于水印这样波动较大,位置相对固定的干扰,可以采用电动压下提前压下的办法消除,而且,水印的提前量可以通过仿真和现场调试的方法找到相对最优的数值,本次仿真采用的提前量是 425ms.基于以上想法,保留前面机架的电动压下,只将后面的机架改装液压压下,经过合理地调整控制系统,最终轧制结果将有可能达到全液压压下的效果.在电动一液压 KFF.AGC 方式下,斜坡趋势性信号和随机干扰信号共同作用的输出结果如图 4所示,此时第 7 机架出 VI 厚度为一 22.723.7/an(峰一峰值), 绝对厚差为 46.4,中心数值是0.5pan,最终的轧制效
15、果较好.O468轧制时间/s图 4 电动一液压 KFF-AGC 方式轧制效果经过电动压下提前压下以后水印大大减小,后面的液压压下更进一步减小了剩余厚差,最终第 7 机架出 VI 厚度为一 7.838(峰一峰值).绝对厚差为 46/an 左右,见图 5.图 5 电动一液压 KFF-AGC 方式消除水印的效果另外,在前 3 机架采用电动压下而后面的机架采用液压压下调厚的情况下,由于两类控制系统的控制周期不同,分别为 50ms 和 10ms 左右,一直存在一个是否相互干扰的疑问,这个问题也是本次仿真中需要进行观察,验证的一部分.经多次仿真研究结果表明,虽然液压和电动系统的控制时间相差很大,但由于针对
16、不同的特点完成相应的功能,并没有出现相互干扰的现象.5 结论本文依据电动压下,液压压下各自的特点,综合以上仿真的结果,提出在现有设备改造资金有限的情况下,通过在老轧机上采用新的控制策略,极大地节约了改造资金,取得与全液压系统相类似的效果.以上结论是根据仿真数据以及在鞍山冶金自动化 20 略年第 4 期钢厂改造的实际效果中得出的,现场的硬度前馈以及监控投入率达到 99%,产品厚度精度为40/an 的占 95%,50/an 的占 98%.参考文献】1刘蚧,孙一康 .带钢热连轧计算机控制M.北京:机械工业出版社,1997.56-158.2杨卫东.带钢热连轧 AC,C 系统的内在矛盾J.北京科技大学,1996,18(1):23-27.3童朝南.冶金生产过程计算机控制M.北京:冶金工业出版社,1993.4孙一康.带钢热连轧的模型与控制M.北京:冶金工业出版社,20O2.144.编辑:沈黎颖?37?;叭叭;吼吼 O旨毯丑
