热连轧厚度自动控制系统的仿真研究

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1980.0M.023 北京钢铁学院学报 1980年第4期 热连轧厚度自动控制系统的仿真研究 自动化系孙一康畅金标马正午◆ 摘 要 本文根据实际数据对热连轧机组自动厚度控制系统进行了仿真，研究了反馈及 前馈功能的控制效果。分析了反馈控制对四种外扰的控制效果，文中给出了四种外 扰下7个机架出口厚度的变化曲线，结果表明，除了变化较陡的局部温降外其他扰 动经反馈控制后都得到很好效果。对局部温降应用了复合控制（反馈+前馈)，其 中采用了只考虑厚度偏差和考忠厚度温度偏差二种前馈方案，第二种方案效果较好 一些。分析了不同前馈提前量对复合控制效果的影响，结果表明，提前量过大或过 小效果都不佳，存在着一个最佳提前量，在本文条件下最佳提前量为250老秒。 一、前 言 控制系统的计算机仿真（数字仿真）是近十几年来迅速发展起来的一种用于系统研究、 设计的有效工具。 由于计算机仿真改变方案的简易性以及便于实现最优设计和最优控制，因此，可在较短 时间内实现大量方案的比较，並由此选出切合实际的较好方案以用于生产。 本文作为热连轧AGC系统仿真研究之一，只对以下内容进行了研究： 1)反馈控制在各种外扰影响下的工作能力， 2)复合控制的效能； 3)复合控制的最优前馈提前量。 对于x射线监视控制、加减速阶段、头尾等部分控制的内容将在今后继续研究。 图1表示了所仿真的热连轧AGC系统。考虑到热连轧是以恒定小张力方式轧制带钢， 同时现代活套控制系统具有较大的调节能力，因此本文作为第一阶段工作，只研究了7个机 架的压下系统，而主传动及活套系统暂未列入研究计划。 ◆院计算中心康扬同志承担了本文各种程序的上机计算工作。 86

北 京 钢 铁 学 院 学 报 2 9 8 0年第 4 期 热连轧厚度 自动控制系统的仿真研究 自动化系 孙一 康 杨 金标 马正 午 . 摘 要 本文 根据实 际数 据对热连轧机组 自动厚度控制系统 进行 了仿 真 , 研 究了反 馈及 前馈 功能 的控制效 果 。 分析 了反馈 控制对 四种 外扰 的控制效果 , 文 中给 出了 四 种外 扰 下 7 个机 架出口 厚度 的变化 曲线 , 结果表明 , 除了变化 较 陡的局部温 降外其他扰 动经 反馈控制后都得 到很好 效 果 。 对 局部温 降应 用 了复合 控 制 ( 反馈 + 前馈 ) , 其 中采用 了 只 考虑 厚度偏差和 考虑厚度 温度偏 差二 种 前馈 方 案 , 第二 种 方案 效果较好 一 些 。 分析 了不 同前馈 提 前量对 复合 控 制效果 的影响 , 结果 表明 , 提 前t 过 大 或过 小 效 果 都不 佳 , 存在着 一 个最佳提前量 , 在本文 条件下 最佳提前量 为25 。毫 秒 。 一 、 前 、 _ 口 控 制 系统的计算机仿 真 (数 字仿真) 是近十几年来迅速发展起 来的 一种 用于系统研究 、 设计的 有效工具 。 由于计算机仿真改 变方案的 简易性以 及便于 实现最 优 设计和 最 优控 制 , 因 此 , 可 在较 短 时间内实现大量方案 的 比较 , 业由此选出切 合实际 的较好 方案 以 用 于生产 。 本文作为热连轧 A G C 系统仿真研究 之一 , 只 对以 下 内容进 行 了研究 : l ) 反馈控制 在 各种外扰影 响下 的工作能力; 2 ) 复 合控 制 的效能 , 3 ) 复合 控制 的最 优 前馈 提前量 。 对于 x 射线监视 控制 、 加减速阶段 、 头 尾等部分控 制 的 内容将在今后 继续 研究 。 图 1 表示了所仿 真的热连 轧 A G C 系统 。 考虑到热 连轧 是 以 恒定 小 张力方式轧 制带 钢 , 同时现代活套控 制系 统具有较大的调节能 力 , 因此本文 作 为第一阶段 工作 , 只 研 究了 7 个机 架的 压下系统 , 而主 传动及 活套系统暂未列入 研究计划 。 . 院计 算 中心 康扬 同志承 担 了本 文各种 程 序的上 机计 算 工 作 。 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1980. 04. 023

H. bh1+1 C+Q C1+Q, .06 0.05 .05 .o5 -1+Q= C,+Q1 C:+Q C. C1+ NV- NY- 1X1 NV- NV NV _G 1+t5)×ti5 a品*位 us bh1-C,i+0× H.5s.-c.-o(Qw 78h bh1t=℃0i 8ti-1 Q-6H-1+C1-bS- 是8-小 温降计算 +Cs,+那6) 温降计 1-1 i机架 I+1 图1AGC系统仿真示意图 二、系统的数学模型 数学模型包括以下几个部分（见图2框图) 1,为了确定厚度控制的各工艺初始值，本文应用武钢热轧厂精轧设定模型计算了下述 参数（已知参数为：板坯厚度H。=30,成品厚度h,=1.6,带钢宽度B=1000毫米，精轧 入口温度t。=1030℃)。 (1)各机架出口厚度hi,以此作为AGC的锁定厚度， (2)各机架轧制温度t°1，速度v1、压下位置s。1、轧制压力P,作为AGC的初始值。 此外，为了AGC计算的需要，我们计算了相应压力值范围的轧机弹性刚度C和轧件塑 性刚度Q。 以上计算结果列于表1 2.外扰的方式 研究中采用了四种外扰方式来研究反馈系统的工作能力（图2中C框） (1)来料厚度产生阶跃变化（图3，a), (2)来料厚度在一定长度内有以正弦形式变化的偏差（图3，b) (3)来料温度有局部温降（水印），假设以三角形形式表示（图3，©）， 87

Q . C 十 Q 二 l . } l l . l I l , l 1 l l 二二 习 — 一 l , · 。刊} , · 。乳l 。州}土 } l; . 。 5 { l }占 . 。 5 了硫 l l 一 已 一 C … + C , + Q . Q… 一 C C , , : _ . + Q . _ : C , C I _ 1 ,争 !的 y 2 团 y l团 人 F 一田 匕 区 _ 多 1 G l ( l + 弓万 X T奋弓 石下 王玉幻 “ ` r , S “ “ 、 = 一 e 、圣Q一; Q 、 x H 、 e . 、 s , + 召尽 ” 七: ) H曰 图 1 A G C 系统 仿 真示 意图 二 、 系统 的数学模型 数学 模型 包括 以下几 个部分 ( 见图 2 框图 ) 1 . 为了确 定厚度控 制的 各工艺初 始值 , 本文 应 用武钢 热轧厂精轧 设定 模型计算了下述 参 数 ( 巳知 参数为 : 板坯 厚度 H 。 = 30 , 成品厚度 h 7 = 1 . 6 , 带钢宽度 B = 1 0 0 0毫米 , 精轧 入 口 温度 t 君 。 = 1 0 3 0 ℃ ) 。 ( 1) 各机架 出口 厚度 h i , 以 此作为 A G C 的锁 定 厚度 , (幻 各机架轧 制温 度 t “ , , 速度 v 。 , 、 压 下位 置 s 。 : 、 轧制 压力 P : 作为 A G C 的 初始 值 。 此外 , 为了 A G C 计算的需要 , 我们 计算了相应 压力值范围 的轧机弹性刚度 C和 轧件塑 性刚度 Q 。 以 上计算结果 列于 表 l 2 . 外沈的方 式 研究中采用 了 四 种外扰 方式 来研究反 馈系统的工作能 力 ( 图 2 中 C 框) ( l) 来料厚度产 生阶跃 变化 ( 图 3 , a) , ( 2) 来料厚度在 一定长度内有以 正弦 形 式变 化的偏 差 ( 图 3 , b ) (3 ) 来料温度有局 部温降 ( 水印 ) , 假设 以 三 角形 形式 表 示 ( 图 3 , c )

I<2 是 和弹此曲线的数据 85i=0 计算：乳出厚度h(i=2~6 按前馈方案计算δS1: 计算：交形程度：，前清量 A f,轧辊线速度V。1(i=1~7 计算反镜用8S21 带机高竿招 8S,=8S11+0S2: 计算：轧制温度t” 轧件塑性变形阻力σ， TP1=1 考康压时力P: 8S1>0.05 计算，弹就量和油横厚度 控制电压NVi=0 是 TM;=2 计算，规缝量S:(i=1一7) 弹性刷度C:,轧件塑性刚度Q 8Si<XI :8i 速 变 8si>Y2 受就苹激： 定 西 :=2 线 0+N m 出四 (X2+X1) 1I SVAR=0 根据3S,的正负决定 NV,的正负 T,P≥TIM? 用龙格库塔达出NV,i计算 E下电机转速NN, 香 由NN,i计算我壁移动量SVAR 是 A B 图2-1 AGC仿真框图（前半段） 88

毛S 二二 0 计算 : 说出厚度卜 : ( i 二 2~ 6 ) 攀前馈方案计 算乙s 卜 计井 , 变 形程度: : 前滑 t fl , 轧辊 线速度 V 。 以 i = l ~ 了; 计算反俄用石5 2 . 计算 , 机架间运 送时间 T 工I 〕和爪 加时间 T T 〔I ) 各S 一 = 乞5 1 , + 乙5 2 : 计算 . 轧制 沮度炸 轧件塑 性变形 阻力口 . T : P 一 二 1 考虑压扁计 算轧制力 P i ( i 二 1~ 7 ) 计 算 . 弹跳 t 和油蕊厚度 控制电压 N V i 二 O T I M i 二 2 计葬 : 粗缝 t s 。 : ( i = ,伙 7互 弹性刚度 C : , 轧件塑 性刚 度 Q . 打印 . h : 、 t r 、 V 。 , 、 P : S 。 : 、 Q . 、 C . 、 ( i 二 l ~ 7 ) 摘零 : 乙h . = o , N V . 二 0 各 S 。 l 二 0 ( i 二 1~ 7 ) N V 一 二 y Z t . T : P : . 1 、 T I M . 二 2 T I M I = 1 y l 欠 乙S 八 V t : = 一 一一 -嗯书 ; 一一 - 、 v _ v , 二 ( y , 一 ; ; ) ( “ S一 x l ) 」 T I M , 二 3 人 L 币x认丁梦玉 ’ ( x Z+ x 、 ) 很据占亏 . 自勺正 负决定 N V . 介甘正 负 川 龙格 库 塔 i大由 N v , 11算 l玉 ’ f 电 机 转 速 N N . 由N N : 计 算辊 缝移 动t S V A R 图 2一 ! A 匕 C 仿真 框 图 ( 前 半段 ) 8 8

(8 S=S+SVAR 8S.1=8501+SVAR T,P,=T:P,+1 是 I>1 打印级56： 根据外忧方案确定 Ho(K),t9(N) 否 1之7 t￥。浅格TE 使X=TT(7)每步减1直到 N≥TTiI+1)-1 0进行 TF(X)TF〔X+1) I=1+1 按由TF表的TT()地址所取得 的t。计算各机架轧别温度日 是 N2299 I=1 由HVAR表TT(I)地址 N=N+I 是 取出百，，计算♂H: N 计算温度变化后的轧件 器 戰性刚度Q” 根据8T:、8S,1、8tr 计算6h, 百，送HVAR表的TT(I)地址 HVAR表使X=TT(I+1)-1 每步减1九到TT(I)进行 HVAR()+HV人RC+I) 图2-2（后半段） 8

S 。 一 二 S 。 . + S V A R 6 5 。 . = 6 5 。 I + S V A R I > 1 是 苦 根据外 扰方案确定 H 。 ( N ) , t 节 。 ( N ) 誉 t贫 。 表格 T l 之 使 X 二 T T ( 了 〕每步减 l 直 到 0 进 行 T F 〔X )` T F〔X + 1 〕 份电T F崔的 T T lt 〕地址所 取得 时 t 节 。 计 算 各 机架 轧 制 温度 t 了 I 二 1 由 H V A R 表 T T 〔I 〕地址 是 T ` P 一 二 T t P . + 1 打 印 N , s 。 . , 乙h , , 6 t r I 二 I + l 卜 二 卜十 l 取出订 : · 计 算6 H . 计算 温 度变 化后 的 轧件 岩 塑 性 刚 度Q 产 根 据乙 H I 、 b s 。 t 、 乙t 计算 6 h , 卜 . 送 H y 人 R 表的 T T 〔幻 地址 登 H v A R 表使X 月r T 〔互 + J 〕 一 i 雄步减 l 改到 T ’ I ’ 〔l 〕进 仃 1气V A I之戈X ) , H V A R〔 X + l〕 图 2一 2 ( 后 半段 ) 歇

表1 机架号 1# 2# 3 4# 5# 6# 7# 参数 hi 13.84 7.620 4.65 3.13 2.3 1.8 1.6毫米 t1 986.7 962.2 938.3 915.0 892.3 870.2 848.7℃ S01 13.05 5.66 3.58 2.52 2.30 1.89 3.12毫米 V 1.089 1.895 3.294 4.933 6.771 8.715 10米/秒 Pr 1829 2439 1951 1678 1375 1336 723顿 C 595 575 578 567 565 600 500顿/毫米 Q: 101.8 353 594.5 993.4 1490.5 2405.53251.4顿/毫米 8H。 米 阶氏来料暝差 0 t(耄秒) 300 a) bH。 正弦形来料厚造 一t(毫秒) 4500 9000 b) 8t 400 800 0 三角形局部温降 -t(毫秒) c 8t9 连续温降 10000 t(毫秒) 201 d) 图3外扰形式 90

表 1 森孵} 1 , … ’ ` 2 , … 3 , 1 3 . 8 4 …勺二丁} {下 9 8 6 . 7 1 3 . 0 5 1 . 0 8 9 1 8 2 9 5 9 5 1 0 1 . 8 7 . 6 2 0 9 6 2 . 2 5 . 6 6 1 . 8 9 5 2 4 3 9 5 7 5 3 5 3 4 . 6 5 9 3 8 . 3 3 . 5 8 3 . 2 9 4 1 9 5 1 5 7 8 5 9 4 . 5 3 . 1 3 9 1 5 . 0 2 . 5 2 4 . 9 3 3 1 6 7 8 5 6 7 9 9 3 _ 4 2 . 3 一 8 9 2 . 3 一 一 2 . 3 0 一 6 . 7 7 1 { 1 3 75 { 5 6 5 { 1 4 9 0 _ 5 { 1 . 8 8 7 0 . 2 1 . 8 9 8 . 7 1 5 1 3 3 6 6 0 0 2 4 0 5 . 1 . 6毫米 8 4 8 . 7℃ 3 . 1 2毫米 1 0米 /秒 7 2 3顿 5 0 0顿 /毫米 5 } 3 2 5 1 . 4顿 /毫米 白已VqhlotOS 乙 H 阶眠来料厚差 3 0 0 t (毫秒 ) 兴椒价 . 1 抓 、 沐鳌 少 。 。 0 t (毫秒 ) b ) 各 t . t (毫秒 ) C ) 图 3 外扰 形 式 9 0