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冷带轧机液压AGC系统过程优化级计算机控制孙孟辉;王益群【摘要】冷带轧机的轧制过程是较为复杂的物理过程，因此液压AGC （Automatic Gauge Control）系统对冷带轧机成品带钢的厚度精度起着重要的作用。
针对300可逆冷带轧机，进行了过程优化级计算机控制的研究，开发出了液压AGC系统的过程优化级计算机控制系统。
液压AGC系统的过程优化级计算机控制，可以实现轧制规程的计算、过程控制级所需设定值的设定、轧制过程数据的采集以及人机界面的显示等功能。
同时，进行了轧制试验。
%Rolling process of the cold rolling mill is a complicated physical process, so the hydraulic AGC system is very important to the thickness precision of strips of cold rolling mill. In this paper, the computer control of process optimization level was researched, and the computer control system of process optimization level was developed, aiming at 300 reverse cold rolling mill. By the computer control of process optimization level of the hydraulic AGC, it can realize the calculation of rolling schedule, the set of setting value needed by the process control level, the data acquisition of rolling process and the display of human-computer interface. At the same time, the rolling experiment was carried out, and the experiment result implied that it could eliminate the thickness error of strips effectively, adopting the provided computer control's strategy of the process optimization level.【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P1-3)【关键词】冷带轧机;液压AGC系统;过程优化级;轧制规程;计算机控制【作者】孙孟辉;王益群【作者单位】南京工程学院机械工程学院江苏南京 211167;燕山大学机械工程学院河北秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】TH137.9冷带轧机的轧制过程是较为复杂的物理过程，在轧制过程中，存在着很多的干扰因素，且有许多属于未知的干扰，如轧机的振动等［1］。
冷连轧厚度自动控制王国栋,刘相华,王军生(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁 沈阳 110004)摘 要:分析了冷连轧机组综合厚度控制系统的组成与功能,阐述了冷连轧带钢厚度精度的影响因素及厚度自动控制的原理,介绍了当前张力控制和厚度控制的一些新方法。
关键词:冷连轧;A GC ;张力;辊缝;辊速中图分类号:TG 335155;TG 335112 文献标识码:A 文章编号:1003-9996(2003)03-0038-04Automatic gauge control for tandem cold rollingWAN G Guo 2dong ,L IU Xiang 2hua ,WAN G J un 2sheng(The State K ey Lab 1of Rolling and Automation of Northeastern University ,Shengyang 110004,China )Abstract :The composition and function of com prehensive automatic gauge control systems for tandem cold mill were analyzed 1The effective factors for strip gauge accuracy and principles of various automatic gauge control for tandem cold rolling were explained 1S ome new tension control and gauge control ways are introduced 1K ey w ords :tandem cold rolling ;A GC ;tension ;roll gap ;roll speed收稿日期:2002-12-20作者简介:王国栋(1942-),男(汉族),辽宁人,教授,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任,东北大学材料成型与控制工程系主任,博士生导师。
信息化背景下论冷连轧机组厚度控制能力的研究与改进摘要國内外大型钢铁企业与科研机构都在以全连续轧制工艺为背景对象，对影响带钢质量的厚度及板型的控制关键技术进行深入研究，目的是提高带钢的产品质量，增加产品的经济附加值。
板材的厚度偏差是冷轧板带最重要的尺寸精度指标之一，厚度控制是高精度板材生产的重要环节。
同时产品尺寸精度的提高会产生巨大的经济效益，一套完整的高精度的厚度控制系统意味着一个强有力的市场竞争地位。
本文针对首钢京唐2230酸轧厚度控制精度不高，采取调整酸轧厚度公差带，优化AGC控制能力，提高了2230酸轧机组的厚度合格率。
关键词公差带；死区；AGC；前馈首钢京唐公司2230酸轧机组是首钢京唐公司冷轧板带产品的主力生产机组之一，所生产的产品以汽车板、高强钢以及高端家电用冷轧板为主，属于高技术、高难度、高附加值产品，在京唐公司冷轧产品中占据重要的战略地位与盈利能力，具有良好的经济效益和社会效益。
但一直以来，此机组在非稳态轧制过程中存在着两个相互间有着极强关联的生产技术难题——带钢厚度波动剧烈以及轧机启动困难。
2230轧机在带钢头尾轧制过程中，厚度波动异常剧烈，带钢头尾厚度超差段长度较长，每年后道产线切除量超过2000吨，造成大量浪费，反观，厚度控制具有国际领先水平的1700轧机，每年后道产线对轧硬卷头尾厚差切除量不到400吨，差距巨大。
上述问题，自开工以来一直未能本质化解决，严重影响了机组的作业时间、运行稳定性以及带钢的产品质量。
1 2230酸轧厚度波动的问题京唐2230冷连轧机自开工以来，带钢厚度控制精度始终不高，最主要问题是当轧制带钢规格或材质切换后首卷带头厚度波动严重。
带钢厚度偏差呈周期性衰减振荡形式，超差段长度超过60米，厚度偏差远远大于公差允许范围，必须进行切除处理。
统计厚度过程参数超标按照不同原因的厚度波动参数分析，分析主要原因为钢种，厚度变化导致的头部厚度波动，同规格过渡也存在厚度超差的情况，主要体现在过焊缝的厚度波动较多[1]。
优化冷轧机控制及生产提升产品厚度稳定性摘要：厚度精度是冷轧产品的重要指标，每条产线都在关注和改善厚度控制精度。
轧机的控制策略和操作方式，直接决定产品厚度精度和超差的长度。
通过对冷轧轧机工艺参数、机架间设备的配置和功能状态、一级控制程序和生产节奏进行研究和优化，冷轧产品厚度精度得到了一定的提升。
关键词：冷轧轧机，厚度精度，控制优化。
Optimize control strategy and operation mode to reduce off gauge production of PLTCM lineZhao Dong Li Zhang Yao Ming( Cold Rolling Mill Ben Gang Steel Plates Co.,Ltd, Benxi Liaoning 117000)Abstract:The thickness accuracy is most important factor of PLTCM production, all the lines focus on this issue to improve the values. The control strategy and operation mode impact on the thickness accuracy and off gauge amounts. Depends on the optimization on the process values, the control function of the inter-mill equipment, and L1 control program, the production thickness accuracy and off gauge values are improved.某钢厂的冷轧酸洗轧机联合机组，主体机械、电气设备为进口成套供货和调试，该机组主要为后续产线提供合格的汽车板及高端家电板基板。
8.冷带轧机高精度液压厚度自动控制（液压AGC）系统关键技术及应用该项目攻克了高精度板厚质量控制的难题。
高精度液压AGC 控制技术是该领域技术的制高点。
该项目的成功生产运行，打破了我国冷带轧机高端核心控制技术市场长期被国外高价垄断的局面，为我国从钢铁大国向钢铁强国的转变提供了强有力的技术支持。
一．主要技术内容和关键技术高精度液压AGC是长期依赖进口的轧机核心控制技术，包括：1．单机架冷轧机液压AGC ；2．冷连轧机液压AGC；3．从国外买不来的高精度虚拟连轧系统。
其主要关键技术是：1．该系统上位机功能完备，数学模型丰富、精确。
实现了轧制规程自动生成，轧制过程全状态监测，数据库管理；2．下位机实现了位置闭环、压力闭环、厚度闭环、张力闭环和预控等五种扰动补偿，控制手段完备；3．液压伺服系统响应迅速、经济、可靠；4．虚拟轧制系统可以预测机、电、液各实际物理量对轧机性能的影响，评价各种控制策略、预报轧机性能。
二．技术指标及水平1．冷连轧AGC：成品厚度＜0.3mm，绝对误差±0.003mm；成品厚度≥0.3mm，相对厚差＜1%；轧制速度1260m/min。
达到了国际先进水平。
2．单机架AGC：成品厚度＜0.3mm，绝对误差±0.002mm；成品厚度≥0.3mm，相对误差＜0.7%；最小轧制带钢厚度0.05mm。
达到了国际领先水平。
3．虚拟连轧系统设备级模型精度：85%。
达到了国际先进水平。
三．应用推广情况冷连轧液压AGC 2006年1月在万达公司投产。
单机架AGC从2004年至今已有七套分别在鸽瑞公司4台650轧机、卓立公司1050轧机、万达公司1150和1422 轧机上成功稳定运行。
获2009年国家科学技术进步奖二等奖。
1450mm四/六辊五机架冷连轧机高精度液压AGC现场单机架四辊可逆冷带轧机高精度液压AGC现场。
冷带轧机厚度控制系统的智能优化控制安连祥,姜丽丽(河北工业大学电气与自动化学院,天津300130) 摘要:针对冷带轧机A GC 控制系统中存在的时变非线性和时滞以及传统PID 控制参数不易调整的问题,提出将智能模糊自适应PID 控制器用于厚度控制回路的优化控制方案。
在原有PID 控制器的基础上融合了模糊推理的功能,通过模糊推理控制器在线实时调整PID 控制器的参数,以满足PID 参数时变的要求。
仿真试验结果表明,采用智能模糊自适应PID 的控制系统调节时间短,超调量小,动静态性能优越,控制效果优于传统PID 控制。
关键词:模糊自适应PID ;自动厚度控制;Matlab 仿真中图分类号:TP273 文献标识码:AIntelligent Optimization Control of AG C System in the Cold MillAN Lian 2xiang ,J IAN G Li 2li(School of Electrical Engineering and A utomation ,Hebei University of T echnology ,Tianjin 300130,China )Abstract :Aimed at the problems of time lag ,time change ,big inertia ,nonlinearity and the difficulty of PID controller parameters adjusting ,the intelligent f uzzy adapted PID controller was put forward and applied in the A GC system.Add f uzzy reasoning on the original PID controller ,adjust the parameters of the PID controller online by using the f uzzy reasoning controller in order to f ulfill the requirement of the PID controller.The re 2sults of Matlab simulation show that the f uzzy selfadjusting PID controller has short response time ,small over 2shoot ,good dynamic response curve and good performance by comparing with the traditional PID controller.K ey w ords :f uzzy adapted PID ;automatic gauge control (A GC );Matlab simulation 作者简介:安连祥(1946-),男,教授,硕士生导师,Email :185596463@1 引言轧机厚度控制系统是一个受外界干扰的线性不确定时滞系统。
厚度控制的目的就是通过调节辊缝、张力、电机速度等参数,进而消除轧制过程中影响厚度精度的因素[1]。
本文针对轧机厚度控制系统的特点,结合模糊控制和PID 控制的理论,设计了模糊自适应PID 控制器,并将其应用到轧机的厚度环PID 控制器中。
通过实时检测厚度值,计算其偏差量和偏差的变化率,通过模糊推理机对PID 参数进行在线修正,进而改善系统的控制品质。
仿真结果表明,这种控制器的控制效果相对于传统PID 控制器调节时间短,系统超调量小,稳态性能好,满足轧机厚度控制系统性能的要求。
2 冷带轧机厚控系统数学模型冷带轧机厚度控制系统采用辊缝内环,厚度外环的双闭环控制形式。
辊缝内环由伺服阀,液压缸、伺服放大器组成。
对内环控制器进行设计并调整其参数,可以整定成一个二阶振荡环节[2]G 1(s )=G f (s )u (s )+G 3f (s )=ω2ns 2+2ξωn s +ω2n(1)式中:G f (s )为工作辊的辊缝(对应于液压缸活塞的位移);G 3f (s )为辊缝给定值;u (s )为控制量,即厚度控制器的输出;参数ωn 和ξ随着油温等因素的变化有一定的参数不确定性。
从轧机工作辊缝G f (s )到带材出口的厚度h (s )为厚控系统外环的一部分,其传递函数可以近似地表示为G 2(s )=h (s )G f (s )=K 0e -τsT i s +1(2)式中:T i 为惯性时间常数;系数K 0随轧制道次、轧制带材的塑性刚度、种类等因素的变化而存在14EL ECTRIC DRIV E 2010 Vol.40 No.9电气传动 2010年 第40卷 第9期一些参数不确定性;τ为测厚仪检测滞后时间常数,τ=L/v ,L 为测厚仪到轧机中心线的距离,v 为轧制速度。
3 模糊自适应PID 控制器的设计3.1 模糊自适应PID 控制的原理模糊自适应PID 控制是一种先进的智能化PID 控制策略,对PID 参数的初值要求不高,主要是通过在线的检测,根据输入量的偏差及其偏差的变化率来实时调整PID 控制器的3个参数。
从而达到自适应自调整的控制效果,所以对于被控对象参数不确定的系统也能起到好的控制作用。
其控制器的结构图如图1所示。
图1 模糊自适应PID 控制器结构图Fig.1 Structured chart of fuzzy 2adapted PID controller3.2 模糊自适应PID 控制器的设计[3]1)确定模糊控制器的输入、输出语言变量。
设板带的厚度给定值h 3(t )和实测值h (t )的偏差e =h 3(t )-h (t )及偏差的变化率e c 为输入语言变量,PID 控制器的3个参数ΔK p ,ΔK i ,ΔK d 为输出语言变量。
2)确定各输入、输出语言变量的论域,分档。
根据实际经验,通常选择输入、输出语言变量的标准论域为[-6,6],典型轧机实际测厚仪厚度偏差为-92～92μm ,误差变化率的范围为-10～10μm ,标准论域分档为[-6,-5,-4,-3,-2,-1,0,1,2,3,4,5,6]。
3)建立模糊控制规则表。
模糊自适应PID控制中模糊规则的建立是离线设定好的,主要是依据专家的实际经验来建立知识库,从而决策出PID 的3个参数与误差和误差变化率之间的模糊关系,通过模糊推理器实时改变PID 参数值,进而调整控制器的输出。
根据参数K p ,K i ,K d ,对系统输出特性的影响,分析总结相关的调整规则,得出调整原则为:①比例系数K p 对系统的影响。
比例系数能改善系统的响应速度,但是K p 过大系统会出现不同程度的超调,破坏动静态性能;②积分时间常数K i 对系统的影响。
积分时间常数的作用是使系统消除静差,但是应该避免初期出现积分饱和现象,影响系统的性能;③微分时间常数K d 对系统的影响。
微分时间常数的作用是对系统即将出现的动作及时进行预测,在系统出现过大的波动之前及时制止,保证系统正常运行,提高系统的抗干扰能力。
根据上述分析,参考专家的工程经验,得出输出量的模糊控制规则表如表1～表3所示。
表1 ΔK p 模糊控制规则表Tab.1 Fuzzy logic control rules of ΔK pe ecN B N M N S ZOPS PM PB ΔK pN B PB PB PM PM PS ZO ZO N M PB PB PM PM PS ZO N S N S PM PM PM PS ZO NS N S ZO PM PM PS ZO N S N M N M PS PS PS ZO N S N S N M N M PM PS ZO N S N M N M N M N B PBZOZON MN MN MN BN B表2 ΔK i 模糊控制规则表Tab.2 Fuzzy logic control rules of ΔK ieec N B N M N S ZOPS PM PB ΔK iN B N B N B N M N M N S ZO ZO N M N B N B N M N M N S ZO ZO N S N B N M N S N S ZO PS PS ZO N M N M N S ZO PS PM PM PS N M N S ZO PS PS PM PB PM ZO ZO PS PS PM PB PB PBZOZOPSPMPMPBPB表3 ΔK d 模糊控制规则表Tab.3 Fuzzy logic control rules of ΔK de ecN B N M N S ZOPS PM PB ΔK dN B PS N S N B N B N B N M PS N M PS N S N B N M N M N S ZO N S ZO N S N M N M N S N S ZO ZO ZO N S N S N S N S N S ZO PS ZO ZO ZO ZO ZO ZO ZO PM PB N S PS PS PS PS PB PBPBPMPMPMPSPSPBΔK p ,ΔK i ,ΔK d 的模糊控制规则表建立好后,结合PID 参数整定的公式,得到以下PID 参数的实际输出值K p =K ′p +ΔK pK i =K ′i +ΔK iK d =K ′d +ΔK d(3)24电气传动 2010年 第40卷 第9期安连祥,等:冷带轧机厚度控制系统的智能优化控制4 仿真研究及结果为了验证上述模糊自适应PID 控制器设计方法的可行性,进行了仿真试验。
采用某钢厂650mm 冷带轧机厚控系统标称参数如下:ξ=0.8,ωn =28rad/s ,K 0=1.2,T i =0.02,τ=0.6s ,得出厚度环被控对象的传递函数为 G o (s )=ω2ns 2+2ξωn s +ω2n ・K 0e -τs T i s +1=940.8e -0.6s0.02s 3+1.896s 2+60.48s +784(4) 利用Matlab 软件的Simulink 工具箱建立模糊控制系统的仿真实例。
由于直接用模块搭建模糊自适应PID 控制算法比较复杂,所以本文采用一种新的方法,即采用S 2函数的形式来构造模块[4]。
首先编写S 2函数来表示模糊PID 控制器的核心部分。
Function[s ,s0,str ,t1]=fuz_pid (t ,x ,u ,flag ,T ,Fuzzy ,fx0,r ) switch flag , case 0,[s ,x0,str ,t1]=mdlInitializeSizes (T ); case 2,s =mdlUpdates (x ,u ); case 3,s =mdlOutput s (x ,u ,T ,Fuzzy ,fx0,r ); case{1,4,9},s =[]; oterwise ,error ([‘Unhandled flag =’,num2str (flag )]); end ; ………… 接下来构造模糊自适应PID 的封装模块,其内外部结构图如图2、图3所示。
