一种快速高精度板带轧制过程自动控制厚度的方法技术

本发明专利技术为一种快速高精度板带轧制监控ＡＧＣ的方法，包括以下步骤：①输入轧制系统及带钢相关数据，这些数据包括：轧机的刚度系数Ｍ、带钢塑性系数Ｑ、测厚仪离轧机轧辊中心线的距离Ｌ↓［ｇ］；②确定厚控对象的比例系数Ｋ，Ｋ＝Ｍ／Ｍ＋Ｑ；③设定样本跟踪长度Ｌ↓［ｓ］＝Ｌ↓［ｓ］／ｎ；④取积分调节器的消除率ａ；⑤计算机将测厚仪对每一个指定样本长度Ｌ↓［ｓ］（ｉ）的厚差△ｈ实测值进行多点采集，并通过计算确定ｉ时刻样本的平均厚差△ｈ（ｉ）；⑥计算轧机的辊缝附加值，第ｉ时刻的控制率△Ｓ（ｉ）由如下的递推公式计算：△ｓ（ｉ）＝（１－ａ）△ｓ（ｉ－１）＋ａ△ｓ（ｉ－ｎ－１）＋ａ／Ｋ△ｈ（ｉ）。本发明专利技术既有非常快的响应速度，又具有较高的静态控制精度，且在测厚仪的测量精度满足要求的前提下，其厚度控制精度高于１％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于轧钢自动控制
，特别涉及一种快速高精度板带轧制监控AGC的方法。
技术介绍
在板带轧制过程中，一种最常用的厚度控制方法是通过机架出口测厚仪对带钢的实际厚度进行测量，并进而通过调节轧机的液压辊缝来对板带厚度进行反馈控制。通常这种厚度控制方法称之为监控AGC(Automatic Gage Control)。由于轧机结构的限制，测厚仪的维护，以及为了防止带钢断带损坏测厚仪，测厚仪一般安装在离直接产生厚度变化的辊缝较远的地方，例如，热连轧机的出口测厚仪就安装在离工作辊中心线约750～1750mm之间，如图1所示。即测厚仪检测出来的厚度变化量与产生厚度变化的辊缝控制量不是在同一个时间内发生的，所以实际轧出厚度的波动不能得到及时的反映，结果使自动厚度控制AGC系统有一个时间滞后τ，用(1)式来表示τ=Lgv---(1)]]>式中τ-滞后时间；v-轧制速度；Lg-轧辊中心线到测厚仪的距离。从控制理论可知，对象纯滞后时间τ的存在对控制系统是极为不利的。它使控制系统的稳定性降低，特别是衡量纯滞后对系统影响程度的特性参数τT≥0.5]]>的对象(这里T为对象的时间常数)，若采用常规PID控制是很难获得良好控制质量的。截止目前为止，关于大滞后控制系统方面，虽然有过不少研究，但在板带轧制中实际的控制效果却并不令人满意。关于监控AGC的控制策略有很多种，但是，这些控制策略难以兼顾系统的动态调节的快速性和静态的高精度，且调节器参数选择不当，系统容易产生振荡。例如，较常用的方法是采用定时采样的积分控制方式，为了减少系统调节过程中的振荡现象，往往将积分时间选择较长，从而大大地降低了系统的快速性。由式(1)可知，轧制速度的变化会使系统的滞后时间τ也将发生变化，尽管在积分器中考虑到了速度补偿，但速度变化对控制品质仍然会有相当的影响。
技术实现思路
针对现有带钢监控AGC技术存在的问题，本专利技术提供一种即具有动态调节快速性并兼有静态高精度的带钢监控AGC的方法，以替代目前板带轧制使用的传统控制方法，从而提高板带产品的厚度控制精度。1.监控AGC系统传递函数的分析监控AGC的控制框图如图2所示，图中Gc(s)表示调节器的传递函数，Gp(s)e-τs表示厚度控制对象的传递函数，其中Gp(s)为对象不包含纯滞后部分的传递函数，e-τs为对象纯滞后部分的传递函数。输入信号h*(t)(拉氏变换为H*(s))为设定厚度；Δs(t)(拉氏变换为ΔS(s))为轧机设定辊缝的附加值；h(t)(拉氏变换为H(s))为测厚仪测得的带钢实际厚度，其闭环传递函数为Gs(s)=H(s)H*(s)=Gc(s)Gp(s)e-τs1+Gc(s)Gp(s)e-τs---(2)]]>系统传递函数分母中包含有纯滞后环节e-τs，使系统的稳定性降低，如果τ足够大的话，系统是不稳定的。由于控制厚度的轧机液压辊缝响应时间非常短，即辊缝控制系统的频响相对较高(大约在10～30Hz左右)。因而我们完全可以把辊缝到测厚仪厚度测量这部分的传递函数简化为一个比例和纯滞后系统的串联。其中控制对象的滞后时间τ用(1)式来表示，其比例系数设为K，又称为轧机的压下效率，由(3)式来表示K=MM+Q---(3)]]>式中M-轧机刚度系数，kN/mm；Q-带钢的塑性系数，kN/mm。即监控AGC系统控制对象的传递函数为Gp(s)＝Ke-τs(4)为了改善这类大纯滞后对象的控制质量，引入一个与对象并联的补偿器，即所谓Smith预估器，图3为针对控制对象Gp(s)＝Ke-τs具有Smith预估器的监控AGC系统传递函数结构框图。图中hτ(t)(拉氏变换为Hτ(s))为Smith超前补偿部分的输出；Δh(t)(拉氏变换为ΔH(s))为设定厚度h*(t)(拉氏变换为H*(s))和实测反馈厚度h(t)(拉氏变换为H(s))的差值；Δhτ(t)(拉氏变换为ΔHτ(s))为系统的理论偏差或控制器Gc(S)的输入值。由图3可以得到大滞后补偿监控AGC系统的传递函数 Gst(s)=H(s)H*(s)=Gc(s)1+Gc(s)K(1-e-τs)1+Gc(s)1+Gc(s)K(1-e-τs)=e-τs---(5)]]>由(5)式可知，经纯滞后补偿后，已消除了纯滞后部分对系统的影响，即式(5)的e-τs在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性；由拉氏变换的位移定理可以证明，它仅仅将控制过程在时间坐标上推移了一个时间τ，其过渡过程的形状及其它所有质量指标均与对象特性为Gp(s)＝K(不存在纯滞后部分)时完全相同。所以，对任何大滞后时间τ，系统都是稳定的。2.监控AGC系统控制方法的推导由图3知，控制器Gc(S)的输入可表示为ΔHτ(s)＝ΔH(s)-Hτ(s)＝ΔH(s)-KΔS(s)+(Ke-τs)ΔS(s) (6)本专利技术的监控AGC控制策略中，采用样本跟踪方式，而不采用定时采样控制方式。设每段样本的长度为Ls＝Lg(即测厚仪到轧辊中心线的距离)，对一个样本厚度进行多次采样并平均后，再给出辊缝修正控制信号。如图4所示，图中样本L(1)对应的厚差为Δh(1)，L(2))对应的厚差Δh(2)，L(3)对应的厚差Δh(3)，Lg＝L(1)＝L(2)＝L(3)，这样定义后的系统延时为两个样本，即系统离散后，控制对象的延时间τ＝2。取调节器的形式为积分调节器，即调节器的传递函数为Gc(s)=PS---(7)]]>式中P-积分调节器的放大倍数； -积分调节器的拉氏变换。将式(7)代入式(5)，如果不考虑函数的滞后部分，则监控AGC系统的传递函数为Gs(s)=H(s)H*(s)=Gc(s)K1+Gc(s)K=KPS+KP---(8)]]>由图3可知，带Smith预估的监控AGC控制器的传递函数为ΔS(S)=PSΔHτ(s)---(9)]]>将式(9)代入(6)式，有S·ΔS(s)P=ΔH(S)-KΔS(s)+KΔS(s)e-τs---(10)]]>将(10)式离散化并进行整理后就得到了监控AGC积分调节器的控制率 Δs(i)=11+PKΔs(i-1)+PK1+PKΔs(i-τ)+P1+PKΔh(i)---(11)]]>由控制率(11)式可见，影响控制率的不仅仅是当前的反馈厚差信号Δh(i)，还与前一次的控制率Δs(i-1)和前τ次控制率Δs(i-τ)有关。作为初始条件，Δs(-1)和Δs(-2)均为0，则控制的第一步控制率为Δs(1)=P1+PKΔh(1)---(12)]]>根据轧钢过程的工艺要求，如果希望控制的第一步就将系统的偏差全部消除，则应有下式成立P1+PK=1K---(13)]]>本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速高精度板带轧制监控ＡＧＣ的方法，在轧制系统上安装检测轧制带钢厚度和长度的仪表，通过计算机系统或ＰＬＣ读取输出的厚度信号和长度信号，进行带钢样本跟踪、控制率的存储和计算，其特征在于包括以下步骤：步骤一、输入轧制系统及带钢相关数据，这些数据包括：轧机的刚度系数Ｍ、带钢塑性系数Ｑ、测厚仪离轧机轧辊中心线的距离Ｌ↓［ｇ］；步骤二、确定厚控对象的比例系数Ｋ，Ｋ＝Ｍ／Ｍ＋Ｑ，式中Ｋ为比例系数；步骤三、设定样本跟踪长度Ｌ↓［Ｓ］＝Ｌ↓［ｇ］／ｎ，ｎ为Ｌ↓［ｇ］等分段数，系统的纯滞后为τ＝ｎ＋１；步骤四、取积分调节器的消除率α，α一般取值为０．８－１；步骤五、计算机将测厚仪对每一个指定样本长度Ｌ↓［ｓ］（ｉ）的厚差△ｈ实测值进行多点采集，并通过计算确定ｉ时刻样本的平均厚差△ｈ（ｉ）；步骤六、计算轧机的辊缝附加值，第ｉ时刻的控制率△Ｓ（ｉ）由如下的递推公式计算：△ｓ（ｉ）＝（１－α）△ｓ（ｉ－１）＋α△ｓ（ｉ－ｎ－１）＋α／Ｋ△ｈ（ｉ）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张殿华，刘相华，孙涛，吴志强，王国栋，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]