603 四机架冷连轧机液压辊缝控制系统研究
603 四机架冷连轧机液压辊缝控制系统研究,机架,轧机,液压,控制系统,研究,钻研
辽宁工程技术大学硕士学位论文 1论 文 题 目:四机架冷连轧机液压辊缝控制系统研究论文英文题目: Study On Hydraulic Gap Control System for Cold Tandem Mill中 文 摘 要液 压 辊 缝 控 制 技 术 是 轧 钢 不 可 缺 少 的 关 键 技 术 之 一 , 其 控 制 效 果 直接 影 响 到 产 品 的 精 度 , 因 此 , 对 液 压 辊 缝 控 制 系 统 进 行 研 究 具 有 重 要 的 理论 及 实 际 意 义 。 消 化 和 吸 收 了 本 钢 冷 轧 厂 引 进 的 1676mm 四 辊 冷 连 轧 机的 部 分 关 键 技 术 , 对 整 个 液 压 辊 缝 控 制 系 统 建 立 了 结 构 模 型 并 主 要 对 偏 心补 偿 进 行 了 分 析 。 液 压 压 下 系 统 是 液 压 辊 缝 控 制 的 最 重 要 的 组 成 部 分 , 对工 作 在 位 置 控 制 方 式 下 的 液 压 压 下 系 统 建 立 了 数 学 模 型 , 并 采 用 了 BP神 经 网 络 PID 对 其 进 行 控 制 , 改 善 了 系 统 的 动 态 特 性 。 通 过 改 变 控 制 器 的参 数 实 现 了 系 统 的 在 线 调 节 , 从 理 论 上 证 明 了 能 够 有 效 地 抑 制 一 机 架 出 口厚 度 的 波 动 。 为 以 后 系 统 的 优 化 设 计 和 控 制 系 统 的 性 能 研 究 打 下 了 基 础 。关 键 词 : 液 压 压 下 ; 动 态 特 性 ; 位 置 控 制 ; 辊 缝 ; BP 神 经 网 络辽宁工程技术大学硕士学位论文 2AbstractHydraulic roll gap control technology is one of the key techniques used in modern rolling mill, the effect of which has impact influence on the accuracy of the product. Studying hydraulic roll gap control system has important theoretical and practical significance. Digested and assimilated part of equipment and technology introduced by cold rolling sheet plant of Benxi iron and steel company and analyzed eccentricity compensation. Structure model of the whole hydraulic gap control system was established. Hydraulic screw down system is the most important part of hydraulic roll gap control. Researched on hydraulic screw down system of a cold rolling sheet plant, established mathematical models of every part of hydraulic screw down under position control and control it by BP neural network firstly. Improve dynamic characteristics of the system. A foundation laid down for optimum design of the system and research on the capability of the control system.Keyword: hydraulic screw down; dynamic characteristics; position control; roll gap; BP neural network; 辽宁工程技术大学硕士学位论文 31 绪 论1.1 引 言21 世 纪 世 界 钢 铁 工 业 发 展 的 一 个 显 著 特 点 是 钢 材 市 场 竞 争 愈 演 愈 烈 ,竞 争 的 焦 点 是 钢 材 的 质 量 高 而 成 本 低 。 随 着 国 民 经 济 的 高 速 发 展 , 科 学 技术 的 不 断 进 步 , 汽 车 、 机 械 制 造 、 电 器 和 电 子 行 业 对 板 材 及 带 材 的 质 量 提出 了 更 高 的 要 求 。 板 厚 精 度 是 板 带 材 的 两 大 质 量 指 标 之 一 , 板 厚 控 制 是 板带 轧 制 领 域 里 的 两 大 关 键 技 术 之 一 1。 我 国 近 年 来 从 发 达 国 家 引 进 的 一些 大 型 的 现 代 化 的 板 带 轧 机 , 其 关 键 技 术 是 高 精 度 的 液 压 板 厚 控 制 和 板 形控 制 。 板 厚 精 度 关 系 到 金 属 的 节 约 、 构 件 的 重 量 以 及 强 度 等 使 用 性 能 , 为了 获 得 高 精 度 的 产 品 厚 度 , 液 压 辊 缝 控 制 系 统 必 须 具 有 高 精 度 的 压 下 调 节系 统 及 控 制 系 统 的 支 持 。 液 压 辊 缝 自 动 控 制 是 AGC( 自 动 厚 度 控 制 ) 系统 的 重 要 组 成 部 分 , 其 目 的 是 获 得 板 带 材 纵 向 厚 度 的 均 匀 性 和 保 证 较 高 的厚 度 精 度 , 从 而 生 产 出 合 格 产 品 。 目 前 , 液 压 辊 缝 自 动 控 制 已 成 为 现 代化 板 带 生 产 中 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 , 其 运 行 状 态 的 优 劣 对 轧 制 产 品 的 质 量和 产 量 具 有 重 大 影 响 2。各 行 各 业 对 板 带 材 厚 度 精 度 的 要 求 越 来 越 高 , 对 轧 机 液 压 辊 缝 控 制 系 统的 控 制 要 求 也 随 之 越 来 越 高 。 在 实 际 轧 制 过 程 中 , 影 响 轧 后 带 材 厚 度 精 度的 因 素 很 多 , 分 析 系 统 参 数 变 化 对 轧 制 厚 度 及 系 统 品 质 的 影 响 , 可 为 系 统的 优 化 设 计 及 对 轧 制 过 程 的 参 数 设 定 提 供 基 础 。 由 于 冷 连 轧 机 无 法 停 产做 实 验 ( 1676mm 冷 轧 机 停 产 一 天 的 损 失 就 会 将 近 二 千 万 元 ) , 因 此 有必 要 借 助 计 算 机 手 段 , 对 影 响 其 厚 度 精 度 的 液 压 辊 缝 控 制 系 统 进 行 仿真 , 以 便 了 解 这 些 因 素 对 板 厚 精 度 影 响 的 规 律 , 提 出 消 除 或 减 小 该 影 响 的方 案 。在 板 带 材 工 业 加 工 过 程 中 , 生 产 的 速 度 越 来 越 快 , 要 求 的 效 率 也 越 来越 高 , 因 而 要 求 液 压 辊 缝 控 制 系 统 能 在 最 短 的 时 间 内 达 到 给 定 的 目 标 。 这也 就 要 求 保 证 两 点 : 一 是 控 制 模 型 的 准 确 性 和 合 理 性 ; 二 是 液 压 压 下 的 快辽宁工程技术大学硕士学位论文 4速 性 3。 因 此 , 必 须 对 液 压 辊 缝 控 制 的 控 制 算 法 和 执 行 机 构 进 行 进 一 步 的研 究 , 以 选 择 最 适 合 某 套 轧 机 的 控 制 模 型 和 提 高 执 行 机 构 的 反 应 能 力 。 板带 材 几 何 尺 寸 包 括 纵 向 厚 差 , 横 向 厚 差 和 板 形 。 纵 向 厚 差 是 指 以 板 宽 中 点处 沿 轧 制 方 向 的 厚 度 之 差 ; 横 向 厚 差 是 指 板 带 材 同 一 横 断 面 上 , 中 点 与 边部 的 厚 度 之 差 , 板 形 直 观 上 讲 是 指 板 带 材 的 翘 曲 程 度 , 实 质 是 指 板 带 材 内部 残 余 应 力 沿 横 向 的 分 布 4。 本 文 以 带 材 纵 向 厚 差 的 控 制 方 式 为 主 要 研 究内 容 。1.2 板 带 轧 机 厚 度 控 制 技 术 的 发 展 及 研 究 现 状板 带 轧 机 厚 度 控 制 从 轧 机 诞 生 起 , 直 到 由 计 算 机 完 成 各 种 复 杂 功 能 的控 制 , 其 发 展 过 程 是 随 着 对 板 带 材 尺 寸 精 度 要 求 越 来 越 高 而 相 应 发 展 起 来的 , 板 带 轧 机 厚 度 控 制 的 发 展 大 致 可 分 为 以 下 几 个 阶 段 3。第 一 阶 段 是 上 世 纪 30 年 代 以 前 的 人 工 操 作 阶 段 。 这 一 阶 段 的 轧 机 装机 水 平 较 低 , 厚 度 控 制 是 以 手 动 压 下 或 简 单 的 电 动 压 下 移 动 辊 缝 方 式 为 主 。单 回 路 调 节 的 自 动 控 制 理 论 尚 未 应 用 于 控 制 轧 机 这 类 较 复 杂 的 机 器 , 相 应该 阶 段 的 厚 度 控 制 尚 未 形 成 自 动 控 制 。第 二 阶 段 是 上 世 纪 30 年 代 到 60 年 代 的 常 规 自 动 调 整 阶 段 。 轧 制 理论 从 以 力 学 为 基 础 研 究 轧 件 变 形 规 律 , 进 入 以 力 学 和 控 制 论 为 基 础 的 轧 件与 轧 机 互 相 作 用 变 形 规 律 统 一 研 究 。 该 阶 段 中 轧 制 理 论 的 发 展 和 完 善 为 板带 轧 机 的 厚 度 控 制 奠 定 了 基 础 , 同 时 , 随 着 自 动 调 节 理 论 和 技 术 的 发 展 并逐 步 应 用 于 轧 制 过 程 , 使 轧 机 的 控 制 步 入 了 常 规 模 拟 式 调 节 的 自 动 控 制 阶段 。 单 回 路 的 各 种 调 节 系 统 不 断 涌 现 , 这 些 自 动 调 整 系 统 的 实 现 , 为 完 善板 带 轧 机 的 厚 度 控 制 提 供 了 先 决 条 件 。上 世 纪 七 十 年 代 以 前 , 一 直 采 用 的 是 电 动 压 下 技 术 , 反 应 的 滞 后 性 是其 最 主 要 的 缺 点 , 对 板 厚 控 制 的 精 度 有 很 大 的 影 响 。 从 七 十 年 代 起 , 液 压厚 控 技 术 (HAGC)的 应 用 , 使 板 厚 控 制 技 术 产 生 了 重 大 变 革 。 液 压 AGC的 响 应 速 度 比 电 动 AGC 快 2 个 数 量 级 以 上 , 因 此 , 使 AGC 的 内 环 执 行机 构 几 乎 可 以 近 似 为 一 个 比 例 环 节 (相 对 于 AGC 的 响 应 速 度 ), 以 实 现辽宁工程技术大学硕士学位论文 5变 等 效 刚 度 的 控 制 效 果 。 由 于 液 压 技 术 与 计 算 机 技 术 的 结 合 , 使 这 一 阶 段的 板 厚 控 制 技 术 大 大 地 向 前 迈 进 了 一 步 。在 20 世 纪 最 后 的 十 年 , 世 界 轧 钢 技 术 发 展 迅 速 , 轧 钢 生 产 实 现 了 高 度的 自 动 化 、 连 续 化 和 高 精 度 化 。 由 于 对 冷 轧 薄 板 质 量 的 要 求 越 来 越 严 , 因此 计 算 机 控 制 系 统 已 是 冷 轧 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 。 随 着 液 压 控 制 系 统 的 广泛 应 用 加 上 全 部 控 制 都 将 作 用 于 轧 辊 轧 件 形 成 的 变 形 区 , 因 此 冷 轧自 动 控 制 系 统 需 满 足 下 列 两 个 要 求 : 一 是 高 速 控 制 , 二 是 高 速 通 讯 。 这 个“二 高 ”的 特 点 决 定 了 控 制 系 统 应 是 “快 速 ”分 布 式 计 算 机 控 制 系 统 。各 钢 铁 企 业 都 加 快 了 薄 板 生 产 线 改 造 和 建 设 的 步 伐 。近 些 年 来 , 为 进 一 步 提 高 冷 连 轧 产 品 质 量 , 广 泛 采 用 成 品 带 钢 凸 度 测量 仪 (沿 带 宽 多 点 X 射 线 源 及 矩 阵 式 接 收 , 以 获 得 沿 宽 度 方 向 的 厚 度 分 布 )和 带 钢 激 光 测 速 仪 。 激 光 测 速 仪 的 使 用 为 流 量 AGC 的 发 展 创 造 了 条 件 。近 年 来 , 国 内 外 在 板 形 和 板 厚 等 控 制 技 术 方 面 取 得 了 许 多 新 的 进 展 ,大 大 提 高 了 板 带 材 的 几 何 尺 寸 精 度 。 伴 随 着 轧 制 产 品 尺 寸 精 度 的 提 高 , 经济 效 益 也 会 大 幅 度 上 升 。 因 此 , 从 20 世 纪 60-70 年 代 完 成 了 轧 钢 设 备 的大 型 化 、 高 速 化 、 连 续 化 和 自 动 化 后 , 80 年 代 以 来 , 轧 制 技 术 发 展 的 主要 目 标 是 提 高 轧 制 精 度 、 性 能 、 扩 大 品 种 , 降 耗 增 效 , 并 进 一 步 扩 大 连 续化 范 围 。 通 过 对 轧 制 过 程 控 制 计 算 机 的 高 精 度 设 定 和 基 础 自 动 化 的 自 动 辊缝 控 制 系 统 的 改 进 , 厚 度 精 度 已 经 达 到 了 很 高 的 水 平 。回 顾 我 国 冷 轧 已 应 用 的 厚 度 控 制 系 统 , 可 归 纳 为 3 种 基 本 类 型 5。(1)用 测 厚 仪 信 号 反 馈 控 制 轧 机 压 下 或 轧 机 入 口 侧 带 钢 张 力 的AGC(Automatic Gauge Control)系 统 。 70 年 代 , 厚 度 控 制 系 统 大 多 是 这 类系 统 , 而 且 是 模 拟 线 路 。 按 轧 机 出 口 侧 测 厚 仪 测 出 的 带 钢 实 际 偏 差 信 号 反馈 控 制 , 大 偏 差 或 被 轧 带 钢 厚 度 大 于 等 于 0.4mm 时 , 按 偏 差 信 号 大 小 去移 动 压 下 位 置 , 改 变 辊 缝 , 以 减 小 厚 度 偏 差 , 即 所 谓 粗 调 ; 在 小 偏 差 或 被轧 带 钢 厚 度 小 于 0.4mm 时 , 则 调 节 轧 机 入 口 侧 带 钢 张 力 , 进 一 步 减 小 厚 度辽宁工程技术大学硕士学位论文 6偏 差 , 即 所 谓 精 调 。 我 国 早 期 的 AGC 系 统 调 节 压 下 装 置 的 执 行 机 构 是 电动 的 , 因 电 动 压 下 响 应 慢 及 非 线 性 等 缺 点 , 逐 渐 被 液 压 压 下 机 构 代 替 。 随着 轧 制 速 度 和 自 动 化 程 度 的 提 高 , 为 了 更 有 效 地 控 制 带 钢 纵 向 厚 度 精 度 ,提 高 成 品 带 钢 质 量 , 液 压 压 下 已 成 为 压 下 系 统 的 发 展 方 向 。 其 主 要 优 点 6:1) 惯 性 小 、 反 应 快 、 截 止 频 率 高 , 系 统 对 外 来 干 扰 跟 随 性 好 , 调 节 精度 高 。2) 对 轧 辊 偏 心 引 起 的 辊 缝 发 生 高 频 周 期 变 化 的 干 扰 能 进 行 有 效 清 除 。3) 可 实 现 轧 机 刚 度 系 数 调 节 , 可 依 据 不 同 的 轧 制 条 件 选 择 不 同 的 刚 度系 数 获 得 更 高 的 成 品 质 量 。(2)采 用 前 馈 控 制 和 测 厚 仪 信 号 反 馈 控 制 轧 机 压 下 或 轧 机 入 口 侧 带 钢张 力 的 AGC 系 统 。 将 上 述 AGC 系 统 数 字 化 , 并 增 加 前 馈 控 制 回 路 就 构 成这 类 AGC 系 统 。 前 馈 控 制 是 当 轧 机 入 口 侧 有 厚 度 偏 差 的 带 钢 进 入 轧 辊 时 ,立 即 调 节 被 控 机 架 压 下 位 置 , 将 入 口 带 钢 厚 度 偏 差 消 除 的 一 种 控 制 策 略 。方 法 是 将 轧 机 入 口 侧 测 厚 仪 至 轧 辊 中 心 的 距 离 分 成 若 干 整 数 段 , 把 经 过 入口 侧 测 厚 仪 的 每 段 带 钢 厚 度 顺 序 存 入 移 位 寄 存 器 中 , 寄 存 器 按 FIFO 方式 工 作 , 当 寄 存 器 输 出 的 带 钢 段 进 入 轧 辊 时 , 系 统 按 该 段 厚 度 偏 差 值 调 整压 下 , 以 消 除 进 入 轧 机 的 带 钢 厚 度 偏 差 。 这 种 控 制 方 式 消 除 了 带 坯 纵 向 厚度 不 均 或 硬 度 波 动 产 生 的 厚 差 较 大 的 缺 点 。 但 其 余 的 缺 点 仍 然 存 在 。(3)采 用 前 馈 控 制 、 压 力 反 馈 控 制 和 监 控 的 AGC 系 统 。 80 年 代 ,利 用 现 代 控 制 理 论 、 电 子 技 术 与 计 算 机 技 术 新 成 就 , 对 上 述 2 类 AGC系 统 进 一 步 加 以 改 造 , 其 主 要 特 点 是 使 用 轧 机 弹 跳 方 程 计 算 轧 后 带 钢 厚 度作 为 实 测 厚 度 , 与 设 定 厚 度 或 锁 定 厚 度 相 减 , 其 差 为 检 测 的 厚 度 偏 差 值 ,经 过 转 换 后 用 于 压 下 调 节 。 这 样 就 不 存 在 轧 辊 中 心 到 测 厚 仪 的 传 输 滞 后 时间 了 , 从 而 提 高 了 系 统 性 能 , 获 得 普 遍 应 用 。 即 GM-AGC 或BisraAGC。 再 加 上 监 控 AGC 控 制 , 消 除 了 低 频 干 扰 ( 如 轧 辊 磨 损 、 轧 辊热 膨 胀 等 ) 因 素 的 影 响 。辽宁工程技术大学硕士学位论文 7数 字 化 或 计 算 机 控 制 , 加 上 一 些 新 的 控 制 算 法 , 使 这 类 AGC 系 统性 能 获 得 进 一 步 的 提 高 , 例 如 成 品 厚 度 为 0.8mm 的 汽 车 板 , 其 厚 度 偏 差范 围 为 (0.04-0.08mm), 可 称 之 为 毫 米 级 厚 度 偏 差 。 如 欲 进 一 步 把 带 钢厚 度 偏 差 减 小 到 几 个 , 用 这 类 AGC 系 统 是 做 不 到 的 , 因 为 GM-AGC计 算 带 钢 厚 度 是 建 立 在 各 种 补 偿 基 础 上 按 轧 制 压 力 计 算 的 , 要 精 确 计 算 所用 补 偿 参 数 很 难 , 甚 至 不 可 能 。 确 定 在 各 种 轧 钢 状 态 下 所 需 各 变 量 的 补 偿量 是 一 件 复 杂 的 事 情 , 通 常 要 用 复 杂 的 数 学 模 型 计 算 , 或 用 事 先 存 入 计 算机 里 的 表 格 数 据 (图 形 曲 线 表 格 化 ), 精 度 不 可 能 高 , 这 是 影 响 GM-AGC 控 制 精 度 的 主 要 原 因 。 例 如 用 这 种 系 统 生 产 易 拉 罐 用 带 钢 就 很 困 难 ,为 此 , 必 须 使 用 控 制 精 度 更 高 的 系 统 。 可 控 制 带 钢 厚 度 偏 差 达 到AGC成 品 厚 度 的 ( 几 个 ) 之 内 , 这 种 系 统 的 核 心 技 术 是 质 量 流 量 控 制1%m( MFC) 。 在 我 国 , 装 备 较 先 进 的 现 代 化 宽 带 冷 轧 机 及 控 制 系 统 基 本 上 都 是引 进 设 备 , 其 中 的 许 多 理 论 问 题 以 及 所 采 用 的 先 进 技 术 , 尚 待 进 一 步 消 化研 究 。 而 自 行 研 制 的 轧 机 , 技 术 含 量 不 高 , 生 产 出 的 产 品 竞 争 力 不 强 , 每年 尚 需 要 进 口 大 量 的 高 精 度 板 带 产 品 。 尤 其 国 内 许 多 台 套 的 板 带 轧 机生 产 状 况 , 尚 不 令 人 满 意 , 厚 度 精 度 急 待 提 高 。 对 这 些 轧 机 实 施 改 造 , 许多 理 论 和 技 术 上 的 问 题 还 有 待 研 究 。1.3 本 课 题 研 究 的 意 义本 课 题 是 与 本 钢 冷 轧 厂 的 合 作 项 目 引 进 设 备 消 化 研 究 与 技 术 服 务 协议 的 子 题 课 的 延 伸 , 主 要 是 对 其 液 压 辊 缝 控 制 系 统 的 的 控 制 算 法 进 行 研究 。 本 钢 冷 轧 厂 是 一 个 具 有 现 代 化 生 产 能 力 的 大 型 国 有 企 业 , 目 前 冷 轧厂 已 投 产 近 十 年 , 部 分 设 备 工 艺 落 后 、 劣 化 严 重 、 故 障 频 繁 , 对 正 常 的 生产 构 成 严 重 威 胁 。 轧 机 能 否 发 挥 出 先 进 设 备 的 能 力 , 关 键 在 于 对 引 进 技 术的 消 化 、 掌 握 。 为 改 善 设 备 状 况 , 发 挥 出 先 进 设 备 的 能 力 , 改 善 冷 轧 薄 板的 精 度 , 必 须 对 轧 机 的 厚 度 控 制 等 进 行 改 造 。 由 于 本 钢 轧 机 的 设 备 及 控 制系 统 为 克 莱 西 姆 公 司 和 奥 钢 联 的 设 备 , 其 关 键 的 技 术 为 公 司 秘 密 , 不 提 供核 心 技 术 。 因 此 , 必 须 对 引 进 的 设 备 和 技 术 进 行 消 化 和 吸 收 。 本 课 题 就 是辽宁工程技术大学硕士学位论文 8对 轧 机 的 液 压 辊 缝 控 制 部 分 的 消 化 吸 收 和 改 进 , 研 究 本 钢 1676mm 轧 机液 压 辊 缝 控 制 的 补 偿 算 法 及 其 控 制 方 法 的 选 择 。 目 前 国 内 外 对 辊 缝 控 制 的动 态 性 能 的 研 究 尚 显 不 足 , 对 其 进 行 研 究 有 着 重 要 的 实 际 意 义 。辽宁工程技术大学硕士学位论文 92 板 厚 控 制 基 本 理 论 及 本 钢 1676mm 轧 机 HGC 系 统 简 介2.1 厚 度 控 制 简 介 789轧 制 时 轧 机 和 轧 件 的 状 态 如 图 2-1 所 示 , AGC(自 动 厚 度 控 制 )系 统主 要 以 轧 机 压 下 装 置 作 为 执 行 机 构 , 控 制 轧 机 出 口 的 轧 件 厚 度 ( 简 称 为 轧件 出 口 厚 度 或 出 口 厚 度 ) h, 使 其 达 到 或 逼 近 轧 件 的 目 标 ( 基 准 ) 厚 度 。2.1.1 轧 机 弹 性 变 形 与 轧 件 塑 性 曲 线 轧 制 时 发 生 的 基 本 现 象 是 轧 机 的 弹 性 变 形 和 轧 件 的 塑 性 变 形 , 如 图 2-2所 示 。图 中 H入 口 厚 度 ; S0空 载 辊 缝 ; 实 际 辊 缝 ;1Sh出 口 厚 度 ; F轧 制 力图 2-1 轧 机 与 轧 件 示 意 图图 2-2 轧制过程中的基本现象辽宁工程技术大学硕士学位论文 10图 2-3 Fh 图2.1.1.1 机 座 的 弹 性 变 形轧 制 时 , 在 轧 制 压 力 的 作 用 下 , 轧 机 工 作 机 座 ( 轧 辊 及 其 轴 承 、 压 下 装置 和 机 架 等 ) 产 生 一 定 量 的 弹 性 变 形 , 工 作 机 座 的 总 变 形 量 很 大 , 工 作机 座 的 弹 性 变 形 将 影 响 轧 辊 的 开 口 度 和 辊 型 , 从 而 对 轧 制 产 品 的 精 度 造 成影 响 。机 座 的 弹 性 变 形 与 轧 制 压 力 有 关 。 在 轧 制 压 力 较 小 时 , 机 座 弹 性 变 形 与轧 制 压 力 成 非 线 性 关 系 , 这 是 由 于 机 座 各 零 件 之 间 的 接 触 面 凸 凹 不 平 和 轧辊 的 非 线 性 接 触 变 形 造 成 的 , 当 轧 制 力 达 到 一 定 数 值 后 , 机 座 弹 性 形 变曲 线 与 轧 制 压 力 就 成 线 性 关 系 。 机 座 弹 性 变 形 曲 线 ( 图 2-3) 直 线 段 的斜 率 , 称 为 机 座 的 纵 向 刚 度 系 数 , 可 用 下 式 表 示 : ( 2-1)M式 中 轧 机 的 纵 向 刚 度 ; 轧 制 压 力 的 变 化 量 ;F 弹 性 变 形 的 变 化 量 。h轧 机 在 外 力 F 的 作 用 下 , 产 生 弹 性 变 形 ( h- ) , 依 HOOK 定 律 :0S)(0ShM辽宁工程技术大学硕士学位论文 11上 式 变 形 得 :( 2-2)MFSh0即 机 座 的 弹 跳 方 程 , 它 表 示 了 轧 制 厚 度 、 空 载 辊 缝 、 轧 制 压 力 和 轧机 纵 向 刚 度 之 间 的 关 系 , 是 轧 机 厚 度 自 动 控 制 系 统 中 的 一 个 基 本 方 程 。由 于 机 座 各 零 件 间 的 非 线 性 接 触 变 形 不 稳 定 , 每 次 换 辊 之 后 都 有 变 化 ,故 弹 跳 曲 线 的 非 直 线 部 分 经 常 是 变 化 的 , 因 此 式 ( 2-2) 很 难 在 实 际 中应 用 。 在 实 际 生 产 中 , 为 了 消 除 上 述 不 稳 定 和 非 直 线 段 的 影 响 , 先 将 轧 辊预 压 靠 到 一 定 的 压 力 F0, 并 将 此 时 的 轧 辊 辊 缝 指 示 器 读 数 设 为 零 , 称 为 人工 零 位 。 所 谓 预 压 靠 就 是 在 空 载 情 况 下 , 使 轧 辊 压 靠 到 一 较 大 轧 制 力 , 把此 时 的 辊 缝 位 置 定 为 辊 缝 的 参 考 零 点 。 这 样 做 既 避 免 了 轧 制 力 较 小 时 辊 缝非 线 性 影 响 , 又 解 决 了 难 以 确 定 辊 缝 实 际 零 点 的 问 题 。预 压 靠 时 各 相 关 物 理 量 的 对 应 关 系 如 图 2-4 所 示 。图 中 预 压 靠 轧 制 力 ;fF 相 对 实 际 位 置 零 点 的 空 载 辊 缝 ( 把 轧 机 的 特 性0ffSM曲 线 近 似 为 直 线 ) 。图 2-4 预压靠时各相关物理量的对应关系辽宁工程技术大学硕士学位论文 12由 图 2-4 可 推 导 出 :(2-3)000f ff fFFhSSMM式 2-3 就 是 实 用 形 式 的 轧 机 弹 跳 方 程 。 由 于 式 2-2 和 2-3 式 等 价 ,所 以 在 分 析 液 压 辊 缝 和 厚 度 控 制 的 原 理 , 确 定 控 制 算 法 时 , 可 对 预 压 靠 后参 考 零 点 以 上 的 线 性 部 分 进 行 分 析 , 所 以 仍 可 用 2-2 式 所 表 示 的 基 本 形式 的 轧 机 弹 跳 方 程 。2.1.1.2 轧 件 的 塑 性 变 形在 一 定 的 轧 件 宽 度 和 轧 辊 半 径 条 件 下 , 轧 制 压 力 实 际 上 是 轧 件 厚 度 、 张力 、 摩 擦 系 数 和 轧 件 变 形 抗 力 等 因 素 的 函 数 , 轧 制 压 力 与 轧 后 轧 件 厚 度 的关 系 称 为 轧 件 的 塑 性 变 形 曲 线 。 以 轧 件 为 对 象 可 得 到 轧 制 力 方 程 : ( 2-4)(,)esFfHhTRB式 中 , Te、 Ts 分 别 为 入 口 和 出 口 张 力 ; R 为 轧 辊 半 径 ; B 为 带 钢 宽 度 。在 轧 制 力 F 和 出 口 厚 度 h 以 外 的 各 变 量 一 定 的 情 况 下 , 可 画 出 F随 h 变 化 的 曲 线 。 把 轧 机 弹 性 曲 线 和 轧 件 塑 性 曲 线 画 在 同 一 坐 标 平 面 上 得到 的 几 何 图 形 称 为 F-h 图 , 如 图 2-3 所 示 。轧 件 的 一 个 重 要 参 数 是 轧 件 塑 性 系 数 , 即 : 使 轧 件 产 生 单 位 压 塑 所 需 轧制 力 。 用 Q 表 示 轧 件 塑 性 系 数 , 则(,)fHhA可 见 , 轧 件 的 塑 性 系 数 为 轧 件 塑 性 曲 线 的 斜 率 。2.2 影 响 轧 件 厚 度 波 动 的 因 素由 轧 机 F-h 图 可 见 , 一 切 影 响 弹 塑 性 变 形 曲 线 交 点 位 置 的 因 素 都 将 影响 轧 件 的 出 口 厚 度 。 具 体 地 说 , 轧 件 的 出 口 厚 度 主 要 取 决 于 空 载 辊 缝 、 轧机 刚 度 、 轧 件 入 口 厚 度 、 轧 件 变 形 抗 力 、 轴 承 油 膜 厚 度 、 轧 辊 偏 心 等 因 素 。利 用 F-h 图 可 以 形 象 分 析 这 些 因 素 造 成 带 材 出 口 厚 差 的 原 因 和 修 正 方 法 。辽宁工程技术大学硕士学位论文 13( 1) 空 载 辊 缝 设 置 的 影 响 轧 辊 的 偏 心 、 磨 损 和 热 膨 胀 等 会 使 实 际 空载 发 生 变 化 , 使 轧 件 出 口 厚 度 产 生 波 动 。 如 图 2-5 所 示 , 当 空 载 辊 缝0S变 化 到 或 时 , 弹 跳 曲 线 位 置 将 由 A 平 移 到 A1 或 A2, 当 轧 机 达 到012S新 的 平 衡 时 , 轧 制 力 增 加 或 降 低 到 或 , 而 轧 件 出 口 厚 度 变 化 到1F2或 。1h2(2) 轧 机 刚 度 的 影 响 轧 机 刚 度 的 变 化 相 当 于 曲 线 A 的 斜 率 发 生 变化 。 如 图 2-6 所 示 , 增 大 轧 机 刚 度 如 同 增 大 曲 线 A 的 斜 率 , 轧 机 的 弹 性变 形 量 减 小 。 当 轧 机 达 到 新 的 平 衡 点 时 , 轧 制 力 增 大 到 F, 而 轧 件 出 口厚 度 却 降 至 。 可 见 , 提 高 轧 机 刚 度 有 利 于 轧 出 更 薄 的 板 带 材 。1h(3) 轧 件 入 口 厚 度 的 影 响 来 料 厚 度 增 大 , 则 塑 性 曲 线 B 向 右 平 移 ,轧 制 压 力 增 大 , 导 致 轧 件 的 出 口 厚 度 增 大 到 , 如 图 2-7 所 示 。1h(4)轧 件 变 形 抗 力 的 影 响 轧 件 变 形 抗 力 的 变 化 相 当 于 曲 线 B 的 斜率 发 生 变 化 。 当 变 形 抗 力 增 大 时 , 塑 性 曲 线 斜 率 增 大 , 轧 制 压 力 增 大 , 当达 到 平 衡 状 态 时 , 轧 件 的 出 口 厚 度 变 厚 。 如 图 2-8 所 示 。图 2-6 轧机刚度对轧件厚度的影响图 2-5 空载辊缝对轧件厚度的影响民图 2-7 入口厚度对轧件厚度的影响 图 2-8 变形抗力对轧件厚度的影响辽宁工程技术大学硕士学位论文 14图 2-9 测厚仪式 AGC 2.3 板 厚 的 控 制 方 式 及 数 学 模 型 2.3.1 AGC 的 基 本 原 理 按 控 制 方 式 可 把 AGC 分 为 两 类 , 即 前 馈 式 AGC 和 反 馈 式 AGC。厚 度 控 制 与 厚 度 的 检 测 方 法 密 切 相 关 , 按 厚 度 的 检 测 方 式 可 把 反 馈 式AGC 分 为 两 类 , 即 直 接 测 厚 AGC 和 间 接 测 厚 AGC。 由 于 射 线 式 测 厚 仪测 厚 是 直 接 测 厚 的 主 流 方 式 , 所 以 , 直 接 测 厚 AGC 又 称 为 测 厚 仪 式AGC; 间 接 测 厚 AGC 主 要 包 括 厚 度 计 式 AGC 和 流 量 AGC。 2.3.1.1 测 厚 仪 式 AGC 由 射 线 式 测 厚 仪 检 测 厚 度 而 构 成 的 AGC系 统 称 为 测 厚 仪 式 AGC系 统 ,如 图 2-9所 示 。图 中 出 口 厚 度 基 准 值 ; REFhh 出 口 厚 度 实 际 值 ; 辽宁工程技术大学硕士学位论文 15出 口 厚 差 ; h辊 缝 调 节 量 。 S测 厚 仪 式 AGC 系 统 框 图 如 图 2-10 所 示 。 图 中 Td 纯 滞 后 时 间 ; S0REF 空 载 辊 缝 基 准 值 。 测 厚 仪 式 AGC 是 最 早 的 一 种 AGC 形 式 。 由 于 系 统 中 存 在 较 大 的 纯 滞后 , 所 以 , 测 厚 仪 式 AGC 系 统 存 在 严 重 的 难 以 稳 定 的 问 题 , 很 容 易 出 现超 调 和 振 荡 现 象 , 如 图 2-11 所 示 。因 此 , 这 种 基 本 的 测 厚 仪 式 AGC 系 统 不 能 作 为 一 种 独 立 的 AGC系 统 来 运 行 。 但 由 于 射 线 式 测 厚 仪 可 以 满 足 高 性 能 AGC 对 厚 度 检 测 精度 的 需 要 , 所 以 测 厚 仪 式 AGC 并 没 有 消 失 , 它 被 广 泛 用 作 监 控 AGC。 正 确 理 解 测 厚 仪 式 AGC 的 这 种 不 稳 定 性 有 助 于 我 们 对 其 它AGC( 厚 度 计 式 AGC、 流 量 AGC) 系 统 设 计 思 想 的 研 究 和 分 析 。2.3.1.2 厚 度 计 式 AGC 厚 度 计 式 AGC 简 称 为 GM-AGC( Gauge Metre AGC) , 它 把 整 个 轧机 作 为 检 测 厚 度 的 仪 表 , 直 接 检 测 轧 制 力 F 和 空 载 辊 缝 , 并 通 过 轧 机0S图 2-11 测厚仪式 AGC 的不稳定现象图 2-10 测厚仪式 AGC 系统框图辽宁工程技术大学硕士学位论文 16弹 跳 方 程 来 间 接 检 测 出 口 厚 度 。 GM-AGC 系 统 是 目 前 应 用 最 广 泛 的 一 种AGC 系 统 。 由 于 轧 机 弹 跳 方 程 避 免 了 测 厚 仪 式 AGC 系 统 的 纯 滞 后 作 用 ,所 以 , 它 的 问 世 为 AGC 技 术 的 发 展 做 出 巨 大 的 贡 献 。 GM-AGC 系 统 是到 目 前 为 止 应 用 最 为 广 泛 的 一 种 AGC 方 式 。 称 为 轧 机 弹 跳 量 。0FShGM-AGC 系 统 的 原 理 如 图 2-12 和 2-13:图 中 SOREF 空 载 辊 缝 基 准 值 ; 辊 缝 调 节 量 ; 总 的 辊 缝 调 节 量 ; 0S辊 缝 调 节 量 变 化 值 ( AGC 系 统 实 际 调 节 辊 缝 值 )x引 起 厚 度 波 动 的 原 因 可 分 成 两 类 , 即 轧 机 方 面 的 原 因 和 轧 件 方 面 的 原因 。 从 F-h 图 ( 图 2-14) 上 看 , 凡 引 起 轧 机 弹 性 曲 线 和 ( 或 ) 轧 件 塑 性 曲图 2-12 GM-AGC 系统原理图图 2-13 GM-AGC 系统结构图辽宁工程技术大学硕士学位论文 17图 2-15 轧辊偏心对轧件厚度和轧机弹跳方程的影响线 变 化 的 因 素 都 可 导 致 轧 件 出 口 厚 度 h 的 波 动 。GM-AGC 的 核 心 数 学 模 型 是 轧 机 弹 跳 方 程 ( ) , 下 面 具 体0FhSM来 分 析 轧 机 和 轧 件 两 类 扰 动 对 轧 机 弹 跳 方 程 的 影 响 。( 1) 轧 件 方 面 的 扰 动 例 如 : 如 果 轧 件 入 口 厚 度 H 增 大 , 则 将 导 致 实 际 出 口 厚 度 h 增 大 。 由 于 H 增 大 将 导 致 轧 制 力 F 增 大 , 由 弹 跳 方 程 检 测 ( 计 算 ) 的 出 口 厚 度 h将增 加 ( 和 M 均 保 持 不 变 ) , 与 实 际 情 况 一 致 。 0S可 以 得 出 这 样 的 结 论 : 所 有 轧 件 方 面 的 扰 动 所 造 成 的 h 变 化 均 可 通过 弹 跳 方 程 检 测 出 来 。( 2) 轧 机 方 面 的 扰 动 例 如 : 如 果 出 现 轧 辊 偏 心 ( 辊 径 分 布 不均 ) , 如 图 2-15 所 示 。 在 轧 机 压 下 不 动 作 的 情 况 下 , 当 由 轧 辊椭 圆 造 成 的 小 辊 径 接 触 带 材 时 , 实 际 出 口厚 度 将 变 大 ; 与 此 同 时 , 轧 制 力 将 变 小 , 所 以 由 轧 机 弹 跳 方 程 检 测 ( 计 算 )的 出 口 厚 度 将 变 小 , 与 实 际 情 况 正 好 相 反 , 可 见 , 在 这 种 情 况 下 是 不 能 用轧 机 弹 跳 方 程 来 检 测 厚 度 的 。可 以 得 出 这 样 的 结 论 : 凡 轧 机 方 面 的 扰 动 所 导 致 的 h 变 化 都 不 能 用图 2-14 引起厚度波动的原因辽宁工程技术大学硕士学位论文 18弹 跳 方 程 来 检 测 , 否 则 将 使 GM AGC 产 生 相 反 的 误 调 节 。 因 此 , 在GM-AGC 系 统 中 , 必 须 对 轧 机 方 面 的 扰 动 进 行 补 偿轧 机 方 面 的 扰 动 包 括 轧 辊 热 膨 胀 与 磨 损 、 支 持 辊 偏 心 及 支 持 辊 轴 承 油 膜厚 度 变 化 等 。 本 钢 1676mm 冷 轧 机 所 采 用 的 具 体 补 偿 方 法 将 在 第 三 章 中 进行 分 析 。2.4 1676mm 冷 连 轧 机 液 压 辊 缝 控 制 系 统 组 成本 钢 1676mm 液 压 辊 缝 控 制 系 统 主 要 包 括 两 个 部 分 , 一 个 就 是 软 件 部分 也 就 是 所 说 的 DIGIGAGE, 它 主 要 通 过 软 件 来 对 硬 件 进 行 操 作 , 发 送 信号 , 来 控 制 整 个 液 压 辊 缝 控 制 系 统 ; 另 一 部 分 就 是 硬 件 部 分 , 也 就 是 整 个液 压 控 制 系 统 , 它 主 要 是 接 受 到 控 制 计 算 机 的 命 令 信 号 , 来 控 制 伺 服 阀 ,完 成 压 下 的 功 能 。 如 图 2.16 所 示 。在 DIGIGAGE 的 机 柜 中 , 装 有 基 于 多 总 线 的 24 个 插 槽 , CPU 板 卡和 I/O 板 卡 都 安 装 在 这 个 机 柜 中 , 通 过 多 总 线 处 理 器 能 够 访 问 I/O 端 口和 共 享 内 存 (双 通 道 RAM)。在 DIGIGAGE 中 , 4 个 CPU 的 主 要 功 能 为 : CPU1 主 要 完 成 两 个 机架 之 间 的 通 讯 。 CPU2 主 要 完 成 一 个 机 架 除 偏 心 补 偿 外 的 所 有 HGC 作用 和 弯 辊 作 用 。 CPU3: 主 要 完 成 另 一 个 机 架 除 偏 心 补 偿 外 的 所 有 HGC作 用 和 弯 辊 作 用 。 CPU4: 主 要 完 成 两 个 机 架 的 偏 心 补 偿 。1 个 ADAS/ICM150: 完 成 模 拟 量 输 入 读 取 。 连 接 到 接 口 模 块 , 在 全 差动 模 式 下 能 够 32 位 的 模 拟 量 输 入 。1 个 ADAS/ICM212: 完 成 脉 冲 输 入 , 连 接 到 STB212 接 口 模 块 , 能够 进 行 12 位 的 脉 冲 记 数 。4 个 ADAS/ICM812: 完 成 模 拟 量 输 出 。 能 够 进 行 32 位 模 拟 量 输 出 。2 个 iSBC519: 能 够 完 成 数 字 输 入 读 取 。 连 接 到 接 口 模 块 PB24 上 ,图 2-16 1676mm 冷连轧机 HGC 控制系统原理图辽宁工程技术大学硕士学位论文 19能 够 进 行 72 位 数 字 输 入 和 24 位 数 字 输 出 。辽宁工程技术大学硕士学位论文 201 个 JS/KLIO: 用 来 连 接 OPTOBUS 和 JS 设 备 。液 压 辊 缝 控 制 的 主 要 功 能 有 二 个 方 面 , 一 方 面 是 纵 向 液 压 辊 缝 控 制 ,即只 控 制 带 材 纵 向 厚 度 变 化 ; 另 一 方 面 是 板 形 控 制 , 包 括 弯 辊 和 倾 辊 控 制 。本 文 所 研 究 的 对 象 是 第 一 方 面 , 所 以 在 本 文 提 到 的 液 压 辊 缝 控 制 未 考 虑 弯辊 和 倾 辊 的 作 用 。2.5 本 章 小 结本 章 主 要 介 绍 了 轧 制 过 程 的 基 本 理 论 及 与 1676mm冷 连 轧 机 液 压 辊缝 控 制 系 统 相 关 的 测 厚 仪 式 AGC和 GM-AGC的 基 本 原 理 , 为 第 四 章 对 液压 辊 缝 控 制 系 统 建 立 数 学 模 型 打 下 了 理 论 基 础 。 对 1676mm冷 连 轧 机 液压 辊 缝 控 制 系 统 的 组 成 和 功 能 做 了 分 析 。辽宁工程技术大学硕士学位论文 213 轧 机 参 数 的 测 定 及 液 压 辊 缝 控 制 的 补 偿 算 法 研 究3.1 轧 机 纵 向 刚 度 系 数 的 测 定纵 向 刚 度 是 液 压 辊 缝 控 制 系 统 的 一 个 基 本 参 数 , 因 此 对 轧 机 纵 向 刚 度 的测 定 有 着 重 要 的 意 义 。轧 机 的 纵 向 刚 度 的 测 量 有 两 种 方 式 , 一 种 是 将 应 变 片 贴 在 轧 机 机 座 上 ,通 过 牌 坊 变 形 与 轧 制 力 的 变 化 确 定 轧 机 刚 度 ; 另 一 种 是 通 过 缸 位 移 随 轧 制力 的 变 化 回 归 出 轧 机 刚 度 。 前 一 种 方 法 适 用 于 早 期 的 电 动 压 下 轧 机 , 在 液压 压 下 系 统 应 用 后 , 一 般 采 用 后 一 种 方 法 11, 12。 轧 机 纵 向 刚 度 的 测 定在 这 里 我 们 选 用 的 是 通 过 缸 位 移 随 轧 制 力 的 变 化 回 归 出 轧 机 刚 度 。测 量 的 过 程 如 下 : 使 厚 控 系 统 内 环 处 于 轧 制 力 闭 环 状 态 , 断 开 厚 度 闭环 控 制 , 预 压 靠 后 , 由 下 位 机 输 出 轧 制 力 给 定 值 , 并 由 小 到 大 ( 正 程 ) ,再 由 大 到 小 ( 回 程 ) 分 级 给 出 , 待 压 力 闭 环 稳 定 后 , 由 手 动 控 制 计 算 机 采样 缸 位 移 值 , 如 此 进 行 多 次 测 量 , 取 平 均 值 。 由 表 3-1可 以 看 出 , 正 程和 回 程 测 量 结 果 并 不 重 合 , 为 减 少 测 量 中 的 误 差 , 取 正 程 和 回 程 的 平 均 值做 线 性 回 归 。用 rstool函 数 进 行 交 互 式 拟 合 及 响 应 面 可 视 化 , 图 3-1显 示 的 是 95%置 信 区 间 的 交 互 预 测 图 。 其 中 红 色 曲 线 表 示 置 信 区
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603 四机架冷连轧机液压辊缝控制系统研究,机架,轧机,液压,控制系统,研究,钻研
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