带钢热连轧变结构与变参数AGC控制算法

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.04.014 第18卷第4期 北京科技大学学报 Vol.18 No.4 1996年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.1996 带钢热连轧变结构与变参数AGC控制算法 杨卫东 北京科技大学自动化信息工程学院，北京100083 摘要给出了带钢热连轧变结构与变参数AGC新算法.试验表明，在大初始偏差下，该算法比 传统AGC控制算法的批量轧制合格率提高5%~10%，并减少了AGC投人后对板形的影响. 关键词热轧钢带，连续轧制，计算机控制，厚度 中图分类号TG334.9 文献[I]指出：在GM方式与X-监控方式共存的常规AGC系统中，由于设定厚度H与 末机架锁定厚度HN不同所造成的弱控制区将导致在辊缝设定误差较大时，带材初始厚差 消除缓慢，厚度合格率降低；而由于X一监控算法的内在限制，又使得较大设定误差下纠偏 时，负荷再分配不合理，成品机架（末机架）辊缝及轧制压力变化过大，进而产生严重的板形 问题.本文将在文献[1]的基础上，针对解决快速纠偏与动态负荷再分配问题应采取的综合 对策进行研究 1基本控制策略 根据对弱控制区概念的分析山，可知：AGC初始投人后，在X-监控项的主导作用下， 成品带材厚度将从末机架锁定厚度H、向设定厚度H、转移.转移过程中，随着各机架出口 厚度越来越偏离H,GM控制项的抑制作用也越强，故称其具有“弹性阻尼”.而实际完成厚 差消除任务的则是各机架X一监控项与GM控制项的差值.为了加快消差，可以从减弱GM 控制项和强化X一监控项两方面采取措施GM控制过弱，不利于克服来料厚差和温度变化 对成品厚度的影响，而X一监控过强则极易使AGC系统不稳定，厚差呈发散振荡.这里有 一隐含前提，即两种方式的控制参数是恒定的，这也正是传统AGC的状况. 为解决快速消差与系统稳定性、抗扰性之间的矛盾，在控制策略上采取了下述3项措施： ()采用变参数控制方法.在大偏差时，对GM控制项加以深度抑制，同时强化X一监 控，而加快消差；而在小偏差带内则恢复正常控制.以抗扰性能与动态稳定作为主控目标. (2)打破X一监控的传统权重分配算法.在大偏差时，各机架X一监控采取大致均衡权 重分配方案，加大上游机架出口厚度的调整幅度和调节速度，从而快速改变成品机架人口 厚度，配合末机架自身压下调整，加速消差；同时将大误差消除引发的轧制负荷变化合理分 散至各个机架，保证板形良好， 1995-04-07收犒 第一作者男43岁。硕士制研究员

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 带钢 热连轧变结构 与变参数 控制算法 杨卫 东 北 京科 技 大 学 自动 化信息工 程 学 院 ， 北 京 摘要 给 出 了带钢 热连轧变结 构 与 变参数 新算法 试验表 明 ， 在大初始偏差 下 ， 该算法 比 传统 控制算法 的批 量 轧制合格 率提 高 一 ， 并减 少 了 投人 后 对板形 的影 响 关键词 热 轧钢带 ， 连续 轧制 ， 计算机控 制 ， 厚度 中图 分类号 文 献 指 出 在 方 式 与 一 监 控方 式 共存 的常规 系 统 中 ， 由于 设定 厚度 与 末 机架 锁 定 厚度 不 同所 造 成 的 弱控 制 区 将 导致 在 辊缝设 定 误差 较大 时 ， 带材 初 始厚差 消 除缓慢 ， 厚度合格 率 降低 而 由于 一 监控算 法 的 内在 限 制 ， 又 使得 较大设定误差下 纠偏 时 ， 负荷再分 配 不 合理 ， 成 品机架 末 机架 辊缝及 轧 制压 力 变化过 大 ， 进 而产 生 严重 的板形 问题 本 文 将在 文 献 的基 础 上 ， 针 对解 决快 速 纠偏 与 动态 负荷再分 配 问题 应采 取 的综合 对策 进行研究 基本控制 策略 根 据 对弱控 制 区 概 念 的分 析 ， 可 知 初 始 投 人 后 ， 在 一 监 控 项 的 主 导作 用 下 ， 成 品带材 厚度 将从末机 架 锁 定 厚 度 向设定 厚度 转 移 转 移 过 程 中 ， 随着各 机架 出 口 厚度越来 越偏 离 从 ， 控 制 项 的抑 制作 用也越 强 ， 故称其具有 “ 弹性 阻尼 ” 而 实 际完成 厚 差 消 除任务 的则是 各 机 架 一 监 控 项 与 控制项 的差 值 为 了加 快 消 差 ， 可 以从减 弱 控 制项 和 强 化 一 监控 项 两 方 面采取 措施 控 制过 弱 ， 不 利 于 克服 来料厚差 和 温度变化 对成 品厚度 的影 响 ， 而 一 监 控过 强 则 极 易 使 系 统不 稳 定 ， 厚差 呈 发 散振 荡 这 里 有 一 隐含 前 提 ， 即 两 种方式 的控 制参数是 恒 定 的 ， 这 也 正 是 传 统 的状况 为解 决快 速 消差 与系 统稳定 性 、 抗 扰性 之 间 的矛 盾 ， 在 控 制策 略上 采 取 了下述 项措施 采 用 变 参数控 制 方 法 在 大 偏 差 时 ， 对 控 制 项 加 以 深 度 抑 制 ， 同时强 化 一 监 控 ， 而 加 快 消差 而 在 小偏 差 带 内则 恢 复 正 常控 制 以 抗 扰性 能 与动态稳 定 作 为 主控 目标 打破 一 监 控 的传 统权 重分 配算法 在 大偏 差 时 ， 各 机架 一 监 控采 取大致 均 衡 权 重 分 配 方 案 ， 加 大 上 游 机 架 出 口 厚 度 的 调 整 幅度 和 调 节 速 度 ， 从 而 快 速 改 变 成 品 机 架 人 口 厚度 ， 配 合末机 架 自身压 下 调 整 ， 加 速 消 差 同时将 大 误 差 消 除 引 发 的 轧制 负荷变化合 理 分 散至 各 个机 架 保证 板 形 良好 一 一 收稿 第 一 作 者 男 岁 硕 士 副研 究 员 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．04．014

·364· 北京科技大学学报 1996年No.4 (3)采用变结构控制方法.对上游机架，大偏差时利用X-监控分散负荷，加快消差；而 在小偏差时则“冻结”X-监控项，依靠GM方式保证下游机架入口厚度稳定.厚度精调任务 只交由后两机架完成，避免上游机架X一监控的大滞后效应持续存在给系统稳定性带来的 不利影响 2变结构变参数AGC控制算法 2.1GM方式控制算法 用下标i表示第i机架，则对选定阈值△h,(△h,>△H>0,△H为内控公差)，有下述改进 GM控制算法： ∫Ks·a0， △h(t>△h, uoc()=u(), |△hx(l≤△h (1) 4a()=Ka·△hc() (2) △hc()=hc)-hL (3) 式中：“ec,一改进GM方式控制值；“e,一常规GM方式控制值；△h,一带材厚度X测厚仪测量 偏差；△h一带材出口厚度GM检出厚差；方o,一带材出口厚度GM检出值；方：一厚度锁定值； Ks,一GM控制弱化系数，(0<K,<I);K,一GM控制增益因子. 2.2X-监控方式控制算法 用上标k-1,2,3表示参数组号，对选定阙值△h△h,满足△h,>△h>0,有下述改进 的X一监控算法： u0=K·立△s,0+立△A0 (4) j=0 j=t-(n-) 令： 4u=K·∑△h,) (5) j0 _K△h. 0=n, (6) j=1-(n-1) 则(4)式可以写成： u()=uxu()+x知，(0 (7) 式中：4，为X一监控值；4为X一监控积分项；4，为X一监控比例项；K:为可变积分 项增益因子；K:为可变比例项增益因子；n是带厚偏差滑动平均滤波窗口宽度 将全部N架精轧机分为上、中，下游3组，即：(F,F,(F,,FN-(FN-F并分 别按下述规则进行结构和参数改变： a)(F,F)组 当1△h,(④P△h时， Ki=KiG ”6=1,2) (8) 式中：G一常规X一监控增益因子川

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 采 用 变 结 构 控 制 方 法 对上 游 机 架 ， 大偏 差 时利 用 一 监 控分 散 负荷 ， 加 快 消差 而 在小偏 差 时则 “ 冻 结 ” 一 监 控 项 ， 依 靠 方 式保证下 游 机架 人 口 厚度稳定 厚度精调 任务 只 交 由后 两 机架 完成 ， 避 免上 游 机 架 一 监 控 的大滞 后 效 应持续存 在 给系 统稳 定性 带来 的 不利 影 响 变结构变参数 控制 算法 方式控 制 算法 用 下 标 表 示 第 机 架 ， 则 对选 定 闽值 △ △ △ ， △ 为 内控 公 差 ， 有 下 述 改 进 控 制算法 夕少、少、、夕 〔龙 · 〔 △ ‘ △ ‘气‘ 一 飞 。 ， ， △ 、 ‘ ‘ △ ， ， 凡 · △ ‘ △ ， ‘ 一 ， 式 中 厂改进 方 式 控 制值 厂常规 方 式控 制值 △ 厂带材 厚度 测 厚仪测 量 偏差 △ 厂带材 出 口 厚度 检 出厚 差 凡厂带 材 出 口 厚度 检 出值 几 厂厚度锁定值 凡厂 控 制弱化系数 ， 《 气 凡厂 控 制增 益 因子 · 一 监控方 式控制 算法 用 上 标 ， ， 表示 参数组 号 ， 对选定 闭值 △ ， 、 △气 ， 满 足 △ △ ， 有 下 述 改进 的 一 监 控算 法 、 ， 一 ‘ · 全 △ 。 、 鲁 令 ，‘ ‘ 一 戈 ‘ · 艺△。 、 。 。 ， ， 一 导 全 △， 。 二 ，一 一 则 式 可 以 写成 ， ， ‘ 式 中 。 为 一 监 控 值 ， 为 一 监 控积分 项 ， 为 一 监 控 比例项 ， 为可 变积分 项增 益 因 子 淤 为 可 变 比例项 增 益 因子 刀 是 带厚偏 差 滑 动平 均 滤 波 窗 口 宽度 将 全部 架 精 轧 机 分 为 上 、 中 、 下 游 组 ， 即 ， 凡 ， 凡 ， … ， 凡 一 ， 凡 一 ，， 卿 ， 并 分 别按下 述规则 进行 结 构 和 参数 改 变 ， 凡 组 〔 二 当 ’“ 入 · ‘ ’ “ 入 时 ， 乞式 ‘ 川 》 、 ， 只 ， 式 中 、厂常规 一 监 控增 益 因子

Vol.18 No.4 杨卫东：带钢热连轧变结构与变参数AGC控制算法 ·365· 当△h()l<△h,时， 4(0=4(t-1)(i=1,2) (9) 即对X-监控实行“冻结”，此时该组二机架以当前u,()=const所对应的△hc作为锁 定值方u的静态修正量，执行GM方式控制. (b)(F,…,Fw)组 当I△h()P△h,时， Ki=KI>Gx Kp=Ko i=3,…,N-2) (10) 当△h,△h(0l<△h时， ∫K=K，Gu<< Kp=Ko Ke<Ko (i=3,…,N-2) (11) 当|△h(0川<△h2时， 40=4xt-1)(i=3,…,N-2) (12) 即对X一监控实行“冻结”.此时该组各机架亦以当前4，()=cost所对应的△hc作为对锁 定值方的静态修正量，执行GM方式控制. (C)(FN-'F)组 KD→Gx, |△h(t)l>△h Kw= k,△h,<△h,(≤△h,i=N-1,M (13) K=Cu,ah,(川≤△h2 「， I△h(tl>△h KP= △h2<I△h,(l≤△h, (i=N-1,W (14) Kp. I△h(≤△h2 且满足：K四>K阳>及K四>>. 3 GM方式与X一监控方式的协调 在上述改进的GM与X一监控算法的基础上，计算各机架总控制量： 4(0=4cc()+“u(0 (15) 在|△h()P△h,的大偏差状态下，各机架GM控制深度弱化而X-监控高度强化.按照 文献[1]的分析，此时所有非末机架，出口厚度给定值均迅速增大（或缩小），从而形成各架 压下的均衡快速调节，分散负荷；但是对末机架则等效于减少GM的抵抗，加速向设定厚度 H趋近.当△h,()川<△h,后，上游机架首先退出监控（监控项冻结），而中、下游机架则继续 以强化X一监控方式进行公差界外中等偏差的消除.此时虽仍以消差为主，但放慢调节速 度，加强了GM方式的阻尼平衡作用，以向下一阶段的精调过渡.当|△h,()<△h,后，带厚已 进人小偏差带内，此时中游各机架也已基本完成负荷再分配任务而退出X一监挖，与上游 机架一起利用GM的抗干扰能力，负责将来料的厚差变化、温度变化等对成品带厚的影响基

杨卫东 带钢热连轧变结构与变参数 控 制算法 当 △ 二 《 △ 时 ， ， ， 一 ， 即 对 一 监 控 实行 “ 冻 结 ” ， 此 时该组 二 机 架 以 当前 一 所 对应 的 △ 。 ，作 为锁 定值 万 ， 的静 态修正量 ， 执行 方 式控 制 凡 ， … ， 凡 组 当 △ 、 △ 时 ， 〔， ‘ 二 耳少》 ‘ 成 ， 一 心 “ ‘ ‘ 一 ’ ， ’ “ ， 一 “ ， 当 △气 △ ‘ △ ，时 ， 〔凡 ‘ 侧即 ， 川 斑 乏式 一 曦 ， ， 曦 ， 碑 ， “ ‘ 一 ’ ， ” ‘ ， 一 “ ， 当 △ 喊 △ 时 ， ‘ ‘ 一 ， ” ‘ ， 一 即 对 一 监 控 实行 “ 冻 结 ” 此 时该组 各 机 架 亦 以 当前 一 所 对应 的 △ 。 作 为 对锁 定 值 石’ 的静 态修 正 量 ， 执行 方 式 控 制 凡 ，， 卿组 川 ，》 、 ， ， △ ‘ △ 域 ， ， △ △ ‘ △ 、 一 一 川 川 ， ， △ 、 ‘ ‘ △ △ △ ， △ △ 、 △ 一 一 ， △ ‘ △ 以嵘 ﹃ 戈凡 一一 且 满 足 科 ， 群 ， 科 ，及 嵘 ， 峨 ， 嵘 ， · 方式与 一 监控方式的协调 在 上 述 改 进 的 与 一 监控算 法 的基 础 上 ， 计算 各机架 总控 制量 ‘ ， ， 在 △ 、 △ 的大偏 差状 态下 ， 各机架 控 制深度 弱化 而 一 监 控 高度强 化 按 照 文 献 的分 析 ， 此 时所 有 非 末 机 架 ， 出 口 厚 度 给定 值均 迅 速 增 大 或 缩 小 ， 从 而 形 成 各 架 压下 的均 衡快 速调 节 ， 分 散 负荷 但是 对末 机架 则等效 于 减 少 的抵抗 ， 加 速 向设定 厚 度 热趋 近 当 △ 《 △ ，后 ， 上 游 机 架 首先 退 出监 控 监 控 项 冻结 ， 而 中 、 下 游 机架 则 继续 以 强 化 一 监 控 方 式 进 行 公 差 界 外 中等偏 差 的消 除 此 时虽仍 以 消差 为 主 ， 但 放慢 调 节 速 度 ， 加 强 了 方式 的阻 尼 平衡 作用 ， 以 向下 一 阶段 的精调 过 渡 当 △ 《 △气后 ，带厚 已 进 人 小 偏 差 带 内 ， 此 时 中游 各 机 架 也 已 基 本 完成 负荷 再 分 配 任务而 退 出 一 监 控 ， 与上 游 机架 一起 利 用 的抗 干扰能力 ， 负责将来料的厚 差 变 化 、 温 度变化等 对成 品带厚 的影 响基

366· 北京科技大学学报 1996年N0.4 本消除，给下游精调机架提供尽可能恒定的入口带厚，从而为厚度精调创造良好的条件.下 游精调机架此时亦转入正常的GM,X一监控合成控制，主要控制目的由快速消差转为增强 抗扰性和保证系统动态稳定性，并维持厚度处于规定的小偏差带内 可以看出，为了实现GM与X-监控两种AGC控制方式的协调而采用的控制方案本质 是：在空间上对精轧机架进行分组控制，在时间上对较大设定误差下的厚调过程实行分阶段 控制，不同组和不同阶段采取不同的控制策略，减小两种控制方式的对抗，发挥各自的特长 必须指出，大偏差下X一监控作用的高度强化是在不考虑系统稳定性的前提下实现的. 如果不采取随厚差减小而改变控制结构和参数的策略，则AGC系统实际上是不稳定的.但 是，这种不稳定系统在大偏差下的快速纠偏能力却是常规稳定系统所不可比拟的.变结构变 参数AGC系统的核心思想，即为在大偏差时充分利用不稳定系统的快速纠偏性能，完成主 要的初始纠偏任务，然后再适时切换到稳定系统，执行小偏差带内的调节，从而尽快消除设 定误差 4结论 本文综合提出了变结构与变参数AGC控制方案，该方案已在某1549mm宽带热连轧 机上采用，批量轧制的厚度合格率较常规AGC系统提高约为5%~I0%;同时也使AGC投 人后对板形的影响大为减小，证明新算法对解决大设定误差下的动态负荷再分配是有效的. 参考文献 1杨卫东.带钢热连轧AGC系统的内在矛盾.北京科技大学学报，1996,18(1)：23~27 2孙一康.带钢热连轧数学模型基础.北京：冶金工业出版社，1979 Hot Strip Rolling AGC Control Algorithm with Variable Structures and Parameters Yang Weidong College o Automation and Information Engineering,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The new AGC algorithm with variable structurs and parameters was gived. It has proved in practice that in large initial thickness error condition the lot rolling qualified rate increase 5%~10%and the influence to flatness after AGC putting in work is reduced. KEY WORDS hot rolled strip,continuous rolling,computer control,thickness

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 年 本 消 除 ， 给下 游 精 调 机 架提供 尽 可 能恒 定 的人 口 带厚 ， 从而 为厚 度 精调 创 造 良好 的条件 下 游 精调 机 架 此 时亦 转 人 正 常 的 、 一 监 控 合成 控 制 ， 主要 控 制 目的 由快 速 消差 转 为增强 抗 扰性 和 保证系 统动态稳定 性 ， 并 维持厚 度处于规定 的小偏 差 带 内 可 以 看 出 ， 为 了 实 现 与 一 监 控 两 种 控 制方 式 的协调 而 采 用 的控 制方 案 本质 是 在 空 间上 对精 轧机架 进行 分组 控 制 ， 在 时 间上 对较大 设定 误差 下 的厚调 过 程 实行分 阶段 控 制 ， 不 同组 和 不 同阶段 采 取 不 同的控 制策 略 ， 减 小 两 种 控 制 方 式 的对抗 ， 发 挥各 自的特 长 必 须 指 出 ， 大偏 差 下 一 监 控 作 用 的 高度 强 化是 在 不 考 虑 系 统稳定 性 的 前 提 下 实 现 的 如果 不 采 取 随厚 差 减 小 而 改 变 控 制 结 构 和 参数 的策 略 ， 则 系 统 实 际 上 是 不 稳 定 的 但 是 ， 这种 不 稳 定 系 统在 大偏 差 下 的快 速 纠偏 能 力 却是 常规稳 定 系 统所不 可 比拟 的 变 结 构变 参数 系 统 的 核 心 思 想 ， 即 为在 大偏 差 时充 分利 用 不 稳定 系 统 的快 速 纠偏 性 能 ， 完 成 主 要 的初 始 纠偏 任务 ， 然 后 再 适 时切 换到 稳定 系 统 ， 执行 小偏 差 带 内的调 节 ， 从而 尽快 消 除设 定 误差 结论 本 文 综 合 提 出 了 变 结 构 与 变 参数 控 制 方 案 ， 该方 案 已 在 某 宽 带 热 连 轧 机上 采 用 ， 批 量 轧 制 的厚 度合格 率较 常规 系 统提 高 约 为 一 同时也使 投 人 后 对板形 的影 响大 为减 小 ， 证 明新 算 法 对解 决大设 定 误差 下 的动态 负荷再分配 是 有效 的 参 考 文 献 杨卫东 带钢 热连 轧 系 统 的 内在 矛盾 北京 科 技大学学 报 ， ， 一 孙一康 带钢热连轧数学模 型基础 北 京 冶金 工 业 出版社 脸 ， ， ， 一 ， ，