热连轧活套智能化闭环控制

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.05.052 第21卷第5期 北京科技大学学报 Vol.21 No.5 1999年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1999 热连轧活套智能化闭环控制 高海 王京 童朝南 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要介绍智能控制在热连轧精轧机组的活套闭环控制系统中的应用.智能化方法应用在 活套角的测量、升落套控制和活套高度的模糊控制中，速度自学习方法和动态速降补偿方法也 被给出， 关键词智能控制：活套：自学习 分类号TP273 我国热带连轧机组中，大量窄带轧机的精 2智能化控制方法与实现 轧机组主速度设定和活套自动控制功能均未完 善地实现闭环控制，这对热连轧带产品的质量 2.1提高活套角的检测精度 产生了很不好的影响. 首先对活套角传感器的机械传动装置进行 活套控制存在的问题有：(I)活套电气控制 了改造与维护，消除了打滑现象和传动间隙.将 系统精度差：(2)活套角检测机构故障率太高或 原来油浸电位器的供电电源由+10V改为-10V 者精度不够：(3)套高闭环控制是调节主轧机速 ~+10V,提高了反馈的分辨率.在采样过程中， 度，而主速度系统的动态和静态指标不能满足 采用了数字滤波方法以提高采样精度，即： 严格要求：（④）活套调节系统中存在着死区及饱 年{E(8,-8.m-8)}3. (1) 和与大小套量的非线性问题，仅使用线性控制 同时，对采入的活套角进行智能化判别，取真正 原理难以解决，也使得套高控制系统不稳定：(5) 符合实际情况的角度值.在F,F1机架无钢时H 起落套时往往会对带钢产生冲击作用，对产品 的角度采样值作为浮动零点，一旦F,F连轧时 的头部和尾部质量产生不好的影响. 采入活套角减去零位值，将会克服零点漂移现 为此，本文采用智能化控制技术克服如上 象，采取这些措施，大大提高了活套角反馈的可 不利因素，使活套自动控制系统成功地应用在 信度以及精度，保证了检测部分的正常工作， 某厂窄带轧机上. 2.2起落套的软接触 当F有钢时，F机架咬钢，H,起套，起套时 1活套控制方法 并非使用活套器速度控制，仍取力矩给定，但不 通常活套控制分为套量（套高）控制和张力 使用全额力矩给定，而是1/2给定力矩，然后缓 控制-. 慢递增到设定力矩.落套时原理相同并不立即 套高控制是根据实际活套角反馈与设定套 给出反向电流，而是判断当前实际H,处于什么 高进行比较，对其差值作适当运算后去调节上 角度，落套电流变化率与活套角度成正比.以此 游机架的主速度：而张力调节是根据不同的活 防止了升套冲击带钢和落套反弹现象发生，起 落套曲线见图1所示 套角反馈去计算出带钢重力力矩与张力力矩， 全轧线共有5个活套.由于后面机架轧速 然后两者之的活套力矩与设定力矩相比较，结 较快，如落套过于缓慢将会造成带钢甩尾抽打 果去修正活套电流给定，控制活套器自身传动 轧机，因而采用了提前一架转入小套量轧制或 系统的电流输入，另外，还有起落套时序控制， 速度控制等， 提前落套的方法. 2.3活套高度闭环的模糊控制方法 1998-12-23收稿高海男，36岁，讲师，硕士 在套高闭环系统中，具有显著的非线性情

第 12 卷 第 5 期 1 9 9 9 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e rs i yt o f s e i e n e e a n d eT c h n o l o yg B e ij i n g V匕1 . 2 1 O C t . N O 一 5 1 9 9 9 热 连 轧 活 套智 能化 闭环控 制 高 海 王 京 童朝 南 北 京科 技大 学信 息工程 学 院 , 北 京 10 0 0 83 摘 要 介 绍 智能 控制 在热 连 轧精 轧机 组 的活套 闭环 控制 系统 中 的应 用 . 智 能 化方 法应用 在 活套角 的测 量 、 升 落套控 制和 活套 高度 的模 糊控制 中 . 速 度 自学习 方 法和动 态速 降补 偿方 法也 被 给 出 . 关键词 智 能控制 : 活套 ; 自学 习 分类 号 T P 2 7 3 我 国热带连 轧机组 中 , 大量窄带轧机 的精 轧机组主速 度设定和活套 自动控制功能均未完 善地 实现 闭环控制 , 这对 热连轧带产 品的质量 产生 了很不 好 的影 响 . 活套控制存在 的 问题有 : ( l) 活套 电气控制 系统精度差 ; (2 )活套 角检测 机构 故障率太 高或 者 精度不够 ; (3 )套 高 闭环控制是调节 主 轧机速 度 , 而 主速 度系统 的动态和静态指标 不 能满 足 严格要求 ; (4 )活套调 节系统 中存在着死 区 及 饱 和 与大小套量的非线性 问题 , 仅使用线性控 制 原理难 以解 决 , 也使得套高控制系统不稳定 ; (5) 起落 套时往往会对带钢 产生 冲击作用 , 对产 品 的头部和尾部质量产生不好 的影响 . 为此 , 本文采用智能化控制技术 克服如 上 不利 因素 , 使活套 自动 控制系统成功地应用在 某厂 窄带轧机上 . 2 智能化控制 方法 与实现 .2 1 提 高活套角的检测 精度 首先对活套角传感 器的机械传动 装置 进行 了 改造与维护 , 消除了 打滑现象和 传动 间 隙 . 将 原来油浸 电位器 的供 电 电源 由+l O V 改为一 10 V 一 + 10 v , 提 高 了反 馈 的 分辨率 . 在采样 过程 中 , 采用 了数字滤波方法 以提高采样 精度 , 即 : =0 { 5 艺(叹一 以似一 m0 二 ) } `, ( l ) 1 活套控制方 法 通常活套控制分为套量 (套 高 )控制和 张 力 控制 `喇 . 套高控制是根据实际 活套角反馈 与设定套 高进行 比较 , 对其差 值作 适当运算后 去 调 节上 游机架 的主 速度 ; 而 张力 调 节是 根据不 同 的 活 套角反 馈去 计算 出 带钢 重力力矩 与张力力 矩 , 然后 两者之 的活 套力矩与设定 力矩相 比较 , 结 果 去修正 活 套 电流 给定 , 控制 活 套器 自身传动 系统 的电流输入 . 另外 , 还有起 落套时序控制 , 速度控制等 . 19 9 8 一 12 一 23 收稿 高海 男 , 36 岁 , 讲师 , 硕士 同时 , 对采入的活套角进 行智能化判别 , 取真正 符合实 际情况的角度值 . 在只 , +F, , 机架无钢时鱿 的角度采样值作 为浮动零 点 , 一 旦只 , 凡 , 连轧时 采 入 活套角减去零位 值 , 将 会克服零 点漂 移现 象 . 采取这些措施 , 大大提高 了活套角反 馈的可 信度 以 及精度 , 保证 了检 测 部分 的正 常工 作 . .2 2 起 落套的软接触 当只 有钢 时 , 只 十 1机架 咬钢 , 鱿 起套 . 起 套时 并非使用活套器速度控 制 , 仍取力矩给定 , 但不 使用 全 额力矩给 定 , 而 是 12/ 给定 力矩 , 然 后 缓 慢递 增到设定力矩 . 落套 时原理相 同并不立即 给 出 反 向电流 , 而 是判断 当前 实 际鱿 处 于 什么 角度 , 落套 电流变化率 与活套角度成 正 比 . 以此 防止 了升套冲击 带钢 和 落套 反 弹现象发 生 . 起 落套 曲线见 图 1 所示 . 全 轧线共有 5 个活 套 . 由于 后 面 机架 轧速 较快 , 如落套 过于 缓慢将会 造成带钢甩尾 抽打 轧机 , 因而 采 用了 提前一架 转入小套量轧制 或 提前落 套 的方法 . 2 3 活 套高度闭环 的模 糊控制方法 在 套 高 闭环系统 中 , 具 有显 著 的非线性情 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 05. 052

·506· 北京科技大学学报 1999年第5期 动态速降形成的套量与恢复时间的关系 20 为： A=1000.6 (2) 式中：△1为动态速降形成的套量：V为机架入口 线速度；为动态恢复时间，可以认为是升套时 间：x/100为动态速降百分比. F/ON F./OFF 例如，某厂窄带轧机末架入口线速度为 t/s 7m/s,机架之间允许最大套量可吸收的长度为 图1起落套曲线 120mm,起套以及动态恢复时间只能达到0.5s, 况，同时要求智能化程度较高，例如当角度偏差 则要求主传动允许的动态速降为5.7%. ±°时可以不作调节；当偏差绝对值过大时，控 2.5速度自学习功能 制量不能取全额反馈计算，否则系统会振荡；当 为使活套系统长期稳定运行，逐步对主速 实际角度反馈很小时，可能拉钢轧制，则要求调 度设定模型进行自学习，使秒流量越来越平衡· 节灵敏；当实际角度较大时，要求缓慢调节，以 学习方法是在活套高度闭环调节期间，各机架 此提高调节精度和稳定性，活套角的变化与调 间速度调节量将进行逆流逐移：此时，同时采用 节控制过程有一定滞后现象，希望具有超前预 本机架调节量和逐移量，待该机架抛钢时，计算 见控制，故而采用了带微分作用的二维输入有 出平均调节量，以修正下一根钢的速度设定值. 积分保持输出模糊控制器，见图2.图中模糊决 策部分就是为了实现上述要求而建立的.输出 AV-TAYRV+AL (3) 去的是控制上游机架F,的主传动速度△V,同时 △'0i=1,2,…,n-1 投入张力控制功能去控制活套器电流给定， 式中，△L为第j机架的套高调节量：为第j机 0* △8 △V 架的速度设定值：△为第j机架的逐移量和套 模 化过 高调节量；n为机架数. 决策 H d/dr F 3结论 图2活套高度控制的模糊控制器 采用模糊控制技术克服了系统非线性问 2.4△n补偿 题，增加了△n补偿以及速度自学习功能后，使 轧机在咬钢瞬间必然会产生动态速降，然 得电动活套闭环系统稳定地投入了实际生产运 后逐步恢复，为克服动态速降过大、恢复时间 行，保证了精轧机组中带钢的宽度和厚度质量， 长，造成活套器起套时套量太大，需经过一定时 一般在初始线速度设定误差有±6%时，上述控 间调节才能达到设定套量，轧速较快与套量不 制方法都能满足生产要求. 符将引起叠轧，因此除对主传动系统动态速降 参考文献 和恢复时间有一定要求外，必须严格控制起套 时间，并对速度系统加一定补偿量.方法是：在 1万里雄，陈舒霞，彭国金，等.电气传动.1991,21(1)：2 2唐谋凤.现代带钢热连轧机的自动化.北京：冶金工 F,机架无钢时，有意地抬高速度一个△n,一旦 业出版社，1988 F机架咬钢则立刻使△n=0.一般情况下△n补偿 3童朝南，李洪贺，孙一康.精轧机组主速度链及活套 量是F4机架速度的3%~6% 计算机控制系统.北京科技大学学报，1995,17(6)：557 Hot Strip Mill Looper Close Loop Control by Intelligent Control Method Gao Hai,Wang Jing,Tong Chaonan Information Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The intelligent control principle is used in measurement of looper angle,looper rise and down control.In addition,the fuzzy controller is used in close loop control of looper height.The milling speed self modification and compensation method of dynamic speed drop are given. KEY WORDS intelligent control;looper;self-learning

北 京 科 技 大 学 学 报 199 年 第 5 期 动 态速 降形 成 的套 量 与 恢复 时间 的关 系 △气命 . F · 0 · 6ts ( 2 ) 图 1 起 落 套 曲线 况 , 同时要求智 能化程度较 高 . 例如 当角度偏差 土 1 “ 时可 以不 作调节 ; 当偏 差绝对值 过大时 , 控 制量不能取全额反馈计算 , 否 则系统会振 荡 ; 当 实 际角度反馈很小 时 , 可能拉钢轧制 , 则要求调 节 灵敏 ; 当实际 角度较 大时 , 要求缓慢 调节 , 以 此提 高调 节精 度和 稳定性 . 活套 角的变化与调 节控 制过程有 一定滞 后现象 , 希望具有超前预 见控 制 , 故而采用 了 带微分作用 的二 维输入有 积分 保持输 出 模糊控制器 , 见图 2 . 图中模糊 决 策部 分就是为 了实现 上 述要求而建立 的 . 输 出 去 的是控 制上游 机架只 的 主传 动速度△环 . 同 时 投入 张力控制 功能去 控 制活套器 电流给定 . 式 中 : △l 为动 态速 降形成 的 套量 ; V为机架 入 口 线速度 ; 人为动态恢复 时间 , 可 以认为 是升套时 间 ; x/ I OO为动态速 降百 分 比 . 例 如 , 某 厂 窄 带轧 机 末架 入 口 线 速度 为 7耐 s , 机 架之 间允许最大套 量可吸收 的长度为 1 2 0 ~ , 起套 以及动态 恢复时 间只 能达 到 .0 5 5, 则要求 主传动允许 的动 态速降为 5 . 7 % . .2 5 速度 自学 习 功能 为使活套系 统长期稳定 运行 , 逐步对主速 度设定模型进行 自学 习 ,使秒流量越来越平衡 . 学 习方法是在活套 高度 闭环调节期 间 , 各机架 间速度调节量将进行逆流逐移 ; 此时 , 同时采用 本机架调节量和逐移量 , 待该机架抛钢 时 , 计算 出平均调节量 , 以修正下 一根钢 的速度设定值 . △嗓会。 城 ( 3 ) t△ K =0 =1 1 , 2 , … , n 一 1 式 中 , 崎为第j 机架 的套高调 节量 ; 巧为第 j 机 架 的速度 设定值 ; △耳为第 j 机架 的逐移量和套 高调 节量 ; n 为机架数 . 芬 LH 隽虱靡 只 }凡 1 图 2 活套 高 度控制的 模糊控 制 器 .2 4 △n 补偿 轧机 在咬钢 瞬间必 然会 产生 动 态速降 , 然 后 逐 步恢复 . 为克服动 态速 降过大 、 恢 复时 间 长 , 造成活套器起套 时套量太大 , 需 经过一 定 时 间调 节才 能达 到设 定套 量 , 轧速 较快 与套量不 符将 引起 叠轧 . 因此 除对主 传 动 系统动 态速 降 和 恢复时 间有 一定要 求外 , 必 须严格控 制起套 时间 , 并对速 度系统 加一 定补偿 量 . 方法 是 : 在 凡 : 机 架无钢 时 , 有意地抬 高速 度一 个△n , 一 旦 +F, 1机架咬钢则立刻使△ n二 O一般情况下△ n补偿 量是 只 + , 机架速度 的 3 % 一 6 % . 3 结 论 采 用模 糊 控制 技术 克服 了系统 非线 性 问 题 , 增加 了△n 补偿 以及速度 自学习 功能后 , 使 得 电动活套 闭环系统稳定地投入 了实际生产运 行 , 保证 了精 轧机组 中带钢 的宽度和厚度质量 . 一 般在初始线速度设定 误差 有士 6 % 时 , 上述控 制 方法都能满足生 产要求 . 参 考 文 献 1 万里雄 , 陈舒霞 , 彭 国金 , 等 . 电气传动 . 19 91 , 21 ( :1) 2 2 唐谋 凤 . 现代 带钢 热连 轧机的 自动化 . 北京 : 冶 金工 业 出版 社 , 19 88 3 童朝 南 , 李 洪贺 , 孙 一康 . 精轧机 组主 速度链 及活 套 计算机控制系统 . 北京科技 大学 学报 , 1 9 9 5 , 17 (6 :) 5 57 H o t S t r iP M ill L o o P e r C l o s e L o o P C o n tr o l b y I n t e lli g e nt C o n tr o l M e th o d G a o H d i, 肠 gn iJ gn, oT n g hC a o n a n I n of mr at i o n E n gi n e e r i n g S e h o l , U S T B e ij i n g , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a A B S T R A C T T h e int e lli g e nt e o ntr o l P inr e iP l e 1 5 u s e d i n m e a s ur e m e nt o f l o op e r an g l e , l o o P e r ir s e an d do wn e o n tr o l . nI a d it i o n , ht e if l Z y e o n tr o ll e r 1 5 u s e d i n e l o s e l o o P e o ntr o l o f l o o Pe r h e i hgt . hT e m illin g s Pe e d s e lf m o d iif e at ion an d e o m Pe n s a t i o n m e ht o d o f 即n am i e s Pe e d dr o P aer g i V e n · K E Y W O R D S i nt e lli g e nt e o n tr o l: l o o Pe r : s e l-f l e am i n g