【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 口厚度。冷軋帶鋼，特別是后面機(jī)架，帶鋼越來越薄及越來越硬，因而其塑性變形越來越難，亦即其Q值越來越大，因而使壓下效率越來越小。 (24)式中為壓下效率。當(dāng)Q遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于C時(shí)，為了消除一個(gè)很小的厚差需移動(dòng)很大的。采用液壓壓下后由于其動(dòng)作快使這一點(diǎn)得到一定的補(bǔ)償，但對(duì)于較硬的鋼種，軋制較薄的產(chǎn)品時(shí)精調(diào)AGC還是要借助于張力AGC。當(dāng)然張力AGC有一定限制，當(dāng)張力過大時(shí)需移動(dòng)液壓壓下使張力回到極限范圍內(nèi)以免拉窄甚至拉斷帶鋼?？刂颇Ｐ团c監(jiān)控AGC控制模型基本相同，都是反饋型AGC。主要區(qū)別就是監(jiān)控AGC輸出的是輥縫調(diào)節(jié)量，而張力AGC輸出的是張力調(diào)節(jié)量。張力AGC不能與監(jiān)控AGC同時(shí)使用，只能選擇一種通常條件下，各種方案的冷連軋自動(dòng)厚度控制(AGC)基本上由以下子功能組成：前饋AGC，間接測(cè)厚反饋AGC，測(cè)厚儀反饋AGC，張力AGC，監(jiān)控AGC，軋輥偏心補(bǔ)償，加減速補(bǔ)償，以及近年來迅速發(fā)展的流量AGC。不同機(jī)架按照控制功能的需要，配備若干種厚度控制方法，實(shí)際生產(chǎn)過程中可以選用。 秒流量AGC秒流量AGC基于機(jī)架間的秒流量相等的原理，即進(jìn)入軋輥咬入?yún)^(qū)的帶鋼質(zhì)量必須與離開軋輥咬入?yún)^(qū)的帶鋼質(zhì)量相同，將傳統(tǒng)AGC多變量控制變成速度控制，只要使帶鋼入口秒流量始終保持恒定，自動(dòng)速度控制環(huán)精度越高，出口厚度偏差就越小。如果變形區(qū)內(nèi)寬展忽略不計(jì)的話，根據(jù)流量恒定可得到；，其中：是i號(hào)軋機(jī)出口鋼帶的厚度；是i號(hào)軋機(jī)鋼帶的出口速度。 (25)式中 ——入口速度； ——入口設(shè)定厚度； ——出口速度； h——出口厚度。如果帶鋼入口實(shí)際厚度與設(shè)定值存在偏差，可以給設(shè)定入口速度一個(gè)修正值，使得出口厚度偏差得到補(bǔ)償。 (26) (27)由于和都很小，忽略高次項(xiàng)，可得： (28)通過此種方法將入口厚度偏差轉(zhuǎn)換為速度修正值。 前饋AGC使用入口厚度的測(cè)量值為所選的執(zhí)行器計(jì)算糾正值?；灸康氖菫榱嗽谲堓佉霑r(shí)補(bǔ)償入口厚度引入的變動(dòng)。考慮到來料厚差Δh0是冷軋帶鋼產(chǎn)生厚差的重要原因之一，因此冷連軋一般在1軋機(jī)前設(shè)有測(cè)厚儀，可直接測(cè)量來料厚差用于前饋控制，機(jī)架間亦設(shè)有測(cè)厚儀用于下一機(jī)架的前饋控制。前饋控制器使用入口厚度的測(cè)量值為所選的執(zhí)行器計(jì)算糾正值，根據(jù)來料擾動(dòng)Δh0計(jì)算出需要控制的?S量以消除Δh0的影響，減少由其產(chǎn)生的Δh1，基本目的是為了在軋輥咬入時(shí)補(bǔ)償入口厚度引入的變動(dòng)。引入的測(cè)量偏差在咬入之前的一段距離內(nèi)測(cè)量，這種測(cè)量必須保持到對(duì)應(yīng)的帶鋼到達(dá)軋輥咬入處，此時(shí)偏差值用于計(jì)算校準(zhǔn)值，物料跟蹤會(huì)完成這個(gè)任務(wù)。前饋的優(yōu)點(diǎn)是可提前控制[9]，可完全去掉信號(hào)檢測(cè)及機(jī)構(gòu)動(dòng)作所產(chǎn)生的滯后，必要時(shí)還可提前Δτ進(jìn)行控制，使階躍性Δh0得到更好的控制。但前饋的缺點(diǎn)是精度完全依靠計(jì)算的正確性，因前饋屬于開環(huán)控制，不能保證軋出厚度精度，因此前饋控制應(yīng)和反饋以及監(jiān)控AGC相結(jié)合“預(yù)控”和“反饋”是兩個(gè)相對(duì)立的控制觀點(diǎn)，預(yù)控不是根據(jù)過程進(jìn)行完的結(jié)果，而是根據(jù)來料情況，提前調(diào)整，以達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)[10]。這只能應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型才能實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是可以克服時(shí)間上的滯后，缺點(diǎn)是預(yù)控屬于開環(huán)控制。因此，對(duì)一些突變性厚差用預(yù)控調(diào)整比較有效。下圖說明了根據(jù)實(shí)測(cè)來料Δh0并將Δh0延時(shí)后，控制將要進(jìn)入機(jī)架的輥逢，以保證調(diào)節(jié)效果。當(dāng)采用位置內(nèi)環(huán)厚度外環(huán)時(shí)，由厚度方程可知 (29)由于前饋控制無法實(shí)測(cè)ΔK，上式中已設(shè)ΔK=0，Δτb=Δτ?=0以及ΔSF=0。通過前饋控制，在存在Δh0情況下提前調(diào)節(jié)壓下ΔS使Δh=0，因此 (210)利用機(jī)架前測(cè)厚儀實(shí)測(cè)Δh0后延時(shí)到具有此Δh0的該段帶鋼將進(jìn)入變形區(qū)時(shí)再進(jìn)行上式所得的ΔS的控制，即給位置內(nèi)環(huán)加上給定： (211)當(dāng)采用軋制力內(nèi)環(huán)厚度外環(huán)時(shí)，ΔP的計(jì)算需考慮兩個(gè)分量。當(dāng)軋件進(jìn)入軋機(jī)后，來料厚差Δh0產(chǎn)生的ΔPH需在軋制力給定加以補(bǔ)償。 (212)軋件進(jìn)入軋機(jī)后產(chǎn)生的厚差： (213)為使此，需提前壓下： (214)此壓下將引起軋制力變化為： (215)所以厚度外環(huán)應(yīng)給軋制力內(nèi)環(huán)的總的軋制力給定為： (216) (217)式中Δh0由機(jī)架前測(cè)厚儀實(shí)測(cè)，此實(shí)測(cè)Δh0應(yīng)存儲(chǔ)到FIFO表中，表中數(shù)據(jù)隨帶鋼運(yùn)動(dòng)而前移。當(dāng)具有此Δh0的該段帶鋼進(jìn)入變形區(qū)時(shí)提前取出FIFO表中的Δh0通過上式求得ΔP，并與PSET相加作為壓力內(nèi)環(huán)給定進(jìn)行厚度控制。提前一定時(shí)間取出的目的是為了克服液壓缸動(dòng)作所需時(shí)間造成的滯后。 反饋AGC反饋屬于閉環(huán)控制，即出口厚差產(chǎn)生后加以檢測(cè)并反饋回去控制。它將使厚差越來越小，但由于存在滯后，因此效果將受影響。如何減小滯后是反饋控制成敗的關(guān)鍵。如果采用機(jī)架后測(cè)厚儀進(jìn)行反饋，滯后十分大，特別是低速軋制時(shí)從變形區(qū)出口運(yùn)行到測(cè)厚儀往往要幾百毫秒。大滯后的反饋容易使系統(tǒng)不穩(wěn)定[2729]，因此目前普遍采用利用彈跳方程對(duì)變形區(qū)出口厚度進(jìn)行檢測(cè)，然后進(jìn)行反饋控制。這將大大減少滯后，但由于彈跳方程精度不高，雖然加上了油膜厚度補(bǔ)償?shù)却胧┤圆荒鼙ＷC精度，這正是當(dāng)前推出流量AGC的原因。安裝了激光帶速測(cè)量?jī)x后可精確實(shí)測(cè)前滑，因而流量方程精度大為提高，用變形區(qū)入口及變形區(qū)出口流量相等法則根據(jù)入口測(cè)厚儀及機(jī)架前后激光測(cè)速儀信號(hào)可精確確定變形區(qū)出口處實(shí)際厚度，因而提高了反饋控制的精度。有一些軋機(jī)的AGC系統(tǒng)，為了克服測(cè)厚儀信號(hào)的大滯后引入了預(yù)測(cè)思想，用此預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行反饋控制亦可提高控制精度。對(duì)常規(guī)的位置內(nèi)環(huán)厚度外環(huán)方式，由于內(nèi)環(huán)本身是位置環(huán)，厚度環(huán)只需要給出位置給定SREF即可。設(shè)各機(jī)架間張力通過張力控制恒定，并設(shè)穩(wěn)速軋制時(shí)δμ=0以及忽略ΔSF影響。由厚度方程可知 (218)即當(dāng)原料具有Δh0及Δk擾動(dòng)時(shí)將產(chǎn)生厚差Δhh+Δhk (219) (220)為了消除此誤差，應(yīng)調(diào)節(jié)壓下： (221)式中為由各種擾動(dòng)產(chǎn)生的總的厚度，由此可得SREF=SSET+ΔS，用于位置內(nèi)環(huán)的控制，即可消除外擾造成的厚差。對(duì)軋制力內(nèi)環(huán)厚度外環(huán)方式，計(jì)算較為復(fù)雜一些，由于內(nèi)環(huán)為軋制力環(huán)，厚度環(huán)的輸出是SREF。的確定需分析各種外擾情況及其控制量的變動(dòng)。(1)偏心外擾 為了消除偏心需采用恒軋制力控制，即當(dāng)偏心使軋制力變化時(shí)，應(yīng)自動(dòng)調(diào)節(jié)壓下，使軋制力回到設(shè)定值，這樣即可消除偏心產(chǎn)生的厚度，因此對(duì)偏心外擾來說，不需要在PREF后加ΔP項(xiàng)即PREF=PSET。(2)來料厚差Δh0外擾Δh0將產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果，一是產(chǎn)生出口厚差Δh0： (222)二是產(chǎn)生軋制力變動(dòng)： (223)也可以寫成： (224)(3)來料硬度外擾，它同樣產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果： (225) (226)即由或外擾產(chǎn)生的都等于。為了消除所產(chǎn)生的厚差?h應(yīng)移動(dòng)壓下： (227)移動(dòng)將引起壓力變化。因此應(yīng)為 (228)或是 (229)設(shè) (230)或 (231)兩種情況下都為： (232)式中為軋機(jī)的彈性剛度系數(shù)，它在軋制過程中基本上為一個(gè)常數(shù)，只同板寬和支撐輥直徑有關(guān)；為軋機(jī)塑性剛度系數(shù)，它決定于軋件的厚度、軋件材料及加工硬化；為出口厚度可由彈跳方程或流量方程(利用激光測(cè)速)求得。 液壓AGC數(shù)學(xué)模型隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)板材的質(zhì)量要求越來越高，因此計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在軋鋼過程的應(yīng)用越來越受到重視。為了研究各種先進(jìn)的智能控制算法是否適用于冷連軋質(zhì)量控制尤其是厚度控制，有必要為液壓AGC建立數(shù)學(xué)模型。 液壓AGC系統(tǒng)的組成 目前，在液壓AGC系統(tǒng)的控制中，以輥縫為反饋值，以入口測(cè)厚為預(yù)控，以出口測(cè)厚作為監(jiān)控的模式應(yīng)用最廣。這種控制的結(jié)構(gòu)圖如圖28所示。圖28 液壓AGC控制結(jié)構(gòu)圖在進(jìn)入軋機(jī)前，板帶的厚度偏差△e經(jīng)預(yù)控測(cè)厚系統(tǒng)測(cè)得，輸給伺服放大器放大，并轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)△I輸給電液伺服閥，伺服閥把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成液壓油的流量△Q，輸給壓下油缸，實(shí)現(xiàn)初始輥縫給定，構(gòu)成液壓軋機(jī)控制系統(tǒng)的主回路。因此，構(gòu)成一個(gè)完善的液壓AGC系統(tǒng)，其主要有：閥控液壓缸，電液伺服閥，位移傳感器。各部分?jǐn)?shù)學(xué)模型如下。 閥控液壓缸 液壓缸可用如下的傳遞函數(shù)進(jìn)行相似處理，對(duì)于液壓缸我們做以下假定： (1)所有連接管道都短而且粗，管道內(nèi)的摩擦損失、流體質(zhì)量影響和管道質(zhì)量忽略不計(jì)： (2)液壓缸每個(gè)工作腔內(nèi)壓力相等，油液溫度和體積彈性模數(shù)可認(rèn)為常數(shù)； (3)液壓缸的內(nèi)外泄露為層流流動(dòng)。給予上述假設(shè)以及可壓縮流體的連續(xù)方程[11]，我們可以得出液壓缸的數(shù)學(xué)模型為： （233） 式中：—液體流量差；一活塞面積；一活塞位移；一液壓缸的內(nèi)部泄露系數(shù)；一伺服閥各橋臂的壓降；一液體體積彈性模數(shù)。 伺服閥的數(shù)學(xué)模型 當(dāng)液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的固有頻率高于50赫茲時(shí)，伺服閥的傳遞函數(shù)可用二階震蕩環(huán)節(jié)表示[12]， (234) 式中： 電液伺服閥流量增益； 電液伺服閥固有頻率； s一拉普拉斯算子； 一伺服閥阻尼比。 位移傳感器數(shù)學(xué)模型位移傳感器可視為慣性環(huán)節(jié)[1]315，即： (235) (236)