硬度前馈控制在热连轧上的应用毕业论文.doc

辽宁科技大学本科生毕业论文 第40页硬度前馈控制在热连轧上的应用摘要随着现代化工业技术和生产工序自动化的迅速发展，对带钢的品种规格、尺寸精度及性能都提出了更高的要求，因此厚度设定模型及自动厚度控制(AGC)一直是热轧带钢自动化首先实现的功能。AGC系统的主要任务是对带钢全长进行厚度控制以保证带钢的厚度精度及其百分比。由于实际轧制过程的复杂性、 控制对象的非线性、时变性，单纯的AGC控制系统都不能取得较好的控制效果。因此，为了提高热轧带钢厚度精度,采用硬度前馈AGC方案, 建立了KFF-AGC控制算法的数学模型,并分析了带钢热连轧过程造成厚度偏差的主要原因。结果表明,中等宽度带钢热连轧机应用KFF-AGC系统后,带钢厚度精度明显提高,热连轧机下游末两架精轧机的轧制力波动变化小,且带钢轧制过程更加稳定,为板形控制创造了良好的条件。本文通过将实测值与传统结果相比较，证明了硬度前馈厚度控制系统能够很好的映实际工况，通过改变预设定参数值，得到参数对工作过程的影响规律，加入一些调节方式，提高了热轧过程中重要参数的精度及其动态特性，本文的研究结论在生产现场得到了验证，提高了热轧机生产产品的质量。关键词: 热连轧机; 带钢; AGC; 数学模型; 厚度偏差; 硬度前馈Abstract :With the rapid development of modern industrial technology and automated production processes, varieties of steel specifications, dimensional accuracy and performance have put forward higher equirements . Therefore, the thickness of setting model and automatic gauge control (AGC) has been the first function of hot strip mill automation. The main task of AGC system is to control gauge of the whole strip and to ensure its precision & percentage. Simple AGC system cant obtain preferable effect due to the complex of rolling process and non-linearity & time-variety of controlling objects. Therefore,To rai se t he t hickness p reci sio n of t he hot rolled st rip , KF F2A GC ( hardness feed2fo rwardA GC) i s p ut fo rward and a mat hematical mo del t hat describes t he KF F2A GC co nt rol algo rit hm i s de2 velop ed. When applied to t he 850mm hot st rip mill s , KF F2A GC system co nt ributes to bet ter st ripthickness qualit y , mo re stable st rip rolling p rocess , and less roll fo rce deviatio n of F6 and F7 on do wnst ream stands , which means bet ter st rip p rofile and flat ness co nt rol in hot st rip mill s.In this paper, the measured values compared with the traditional results proved that the KFF-AGC system can well reflect the actual operating conditions. By changing the value of the pre-set parameters, we got the impact of laws of parameters on the work process,some adjustment methods are added to improve the accuracy of key parameters and its dynamic characteristics for the process of hot rolling, the research of this paper has been verified in production, it incresed the product quality, which is producted by the hot rolling mill. Key words : hot rolling mill ; st rip ; A GC ; mat hematical mo del ; t hickness deviatio n ; hardness feed fo rward目 录1 绪论41.1 选题背景及目的41.2 国内外研究状况41.3课题研究的意义51.4 课题研究的内容62 硬度前馈自动厚度控制理论基础72.1 弹跳方程72.1.1弹跳模型基本概念72.1.2弹跳模型的建立82.2硬度影响系数的确定102.3 AGC的基本结构132.3.1 工作辊弯辊控制系统142.3.2 速度主令控制142.3.3 活套控制152.3.4 液压辊缝控制（HGC）163 硬度前馈控制系统203.1自动厚度控制（AGC）203.1.1厚度在轧机中的重要性203.1.2厚差产生的原因203.2 硬度前馈AGC的提出203.2.1反馈AGC的优缺点203.2.2 前馈AGC概述223.2.3硬度前馈自动厚度控制系统KFFAGC233.3硬度控制理论243.3.1硬度波动对厚度影响的重发性243.3.2 硬度的提取253.3.3 KFF-AGC的实施方案284 应用研究334.1的计算334.2应用研究33结论38致谢38参考文献391 绪论1.1 选题背景及目的本课题是以鞍钢2150板带热连轧工程项目为背景，以鞍钢1700热轧现场为实验平台，使用先进的控制策略，力争做到控制算法上的理论和实际相结合，使其能在2150精轧机组上有所应用。在带钢轧制中，带钢的质量指标有很多，而它的厚度 精度是其中非重要的一个品质指标，它直接关系到产品的质量和经济效益。因 此，在生产中保证带钢的厚度精度具有重要的意义 。在实际使用中，不仅需要带钢产品具有较高的尺寸精度，同时需要度在全长上的均匀性。厚度控制是带钢 热连轧生产最主要的质量指标之一，带钢纵向厚度不均是影响产品质量的一大 障碍。因此，热连轧机的一项重要课题就是带钢厚度的自动控制（Automatic Gauge Control），简称AGC。热连轧精轧机组的多个被调量和控制功能集中于后 两个机架，因此是一个多变量，强耦合的复杂控制系统。自动厚度控制系统中存 在着活套，板形，温度等系统之间形成的复杂的相互耦合和相互干扰的内扰，还 存在着来自轧件和轧机的外扰 。1.2 国内外研究状况随着钢铁行业的竞争日益激烈，高质量、高产量、高成材率、低成本已经成为现代钢铁企业得以生存的必备条件。这就要求企业采用先进工艺、先进设备、先进的控制策略来完善控制系统。 板带轧制技术的进步与机电装备和控制理论进步直接相关，但更为重要的是板带轧制过程本身规律的认识和应用，五十年代初英国钢铁协会发明弹跳方程并应用板带控制技术的一次飞跃点，它由可测的轧制压力和辊缝计算出轧件厚度，控制模型将弹跳方程线性化消除了辊缝零点等变化的影响，大大提高了板带轧机的控制水平。随着对产品精度要求的提高，弹跳方程要精确与预报厚度就会发生困难，因为轴承油膜厚度，轧辊热膨胀和磨损等是难于精确预报的，所以进一步发展了流量测厚方法，流量测厚及相应的控制技术在冷连轧机上的推广应用使厚控精度又进一步提高。 70年代初期，张进之独立提出了连轧张力理论，建立了动态与静态的张力解析表达式，在此基础上推导出了张力测厚公式，并提出了独特的冷连轧机自动厚控系统数学模型。70年代以来，美国、西德、日本冷连轧自动厚控系统的研制事实上均先后采用了相类似的理论。张进之用自己的理论对武钢、宝钢两套具有国际先进水平的冷连轧机厚控系统进行了深入地分析，验证了他所提出的连轧理论的正确性，并提出了用张力AGC消除成品厚差的具体可行的改进意见。而宝钢在复杂设备上实现的穿带、正常轧制和脱尾过程的三种控制方法，可以用张进之提出的动态设定型变刚度厚控方法实现，从而可以在较简单的设备条件下达到宝钢的控制水平，这以被张进之在东北轻合金厂等多台轧机的时间所证实。建国后，我国热轧带钢生产取得了长足的进步，50年代利用引进技术建设了鞍钢1700mm而扎带钢能够轧机；利用国产技术建设了本钢1700mm热扎带钢轧机；80年代，引进国外先进技术，对鞍钢、本钢两套热轧带钢轧机进行了改造，并建设了世界一流水平的宝钢2050mm热扎带钢轧机1。日本在建设新钢铁厂的过程中，以带钢热连轧机的大型化为背景，采用了大型高炉和纯氧顶吹转炉，极大地扩大了钢铁生产能力，对日本起了很大的推进作用2。 1.3课题研究的意义通过对热轧AGC技术的发展情况以及相关理论介绍，本文将提出硬度前馈控制 策略，并结合监控、反馈AGC共同应用于鞍钢1700热轧现场 。本文主要是通过研究影响带坯厚差的因素主要是带坯全场上的温度的变化和以 往各种控制方法（如压力AGC，反馈AGC，监控AGC等）的弊端，如正反馈现象，进而体现硬度前馈控制策略的优越性。本课题的意 义在于 ： （1）通过硬度前馈控制，最大限度的消除由于温度的变化对带坯厚度变化引起 的重发性问题 。 （2）减轻监控AGC的负担。由于测厚仪的安装位置离轧制点之间有一距离，实 际测量的来料厚度波动和控制压下位置部分补偿要等一段时间才能达到轧制中心点这样不可避免地要存在一定的时间延迟。入口侧的测厚仪测得的入口厚度 与设定值的误差经过计算机、伺服放大器、送给伺服阀进而控制液压压下动作；出口侧的测厚仪测得的出口厚度与设定值的误差经过计算机、伺服放大器、到伺 服阀进而控制液压压下动作，此过程称为监控；硬度前馈控制主要应用于中间机 架的温度控制，这样就解决了测厚仪很难对中间机架进行监控的问题。（3）把硬度前馈控制应用于压尾控制，同样取得了明显的效果。（4）尝试把硬度前馈控制应用在板形控制上，希望找到更好的控制板形的地方法1.4 课题研究的内容本课题研究的主要内容有如下几个方面：首先，深入分析影响板带厚度的因素，并分析造成板带厚差的原因；其次，跟据反馈控制的不足，提出硬度前馈控制系统来控制板型厚度，结合鞍钢连轧厂的实际生产情况，来验证硬度前馈厚度控制模型的可行性。并找出模型中的参数与控制功能的联系解决生产实际中影响厚度自动控制问题。2 硬度前馈自动厚度控制理论基础2.1 弹跳方程2.1.1弹跳模型基本概念在板带钢轧制过程中，轧辊对轧件施加的压力使轧件产生塑性变形。使轧件从入口的厚度H压缩到出口厚度h。与此同时，轧件也给轧辊以同样大小、方向相反的反作用力，这个反作用力传到机座各部零件上，使各零件产生一定的弹性变形。这些零件弹性变形的累积后果都反映在轧辊的辊缝上，使辊缝增大，这就被称为辊跳或弹跳。由于同时产生了轧辊弯曲，也会导致辊缝沿宽度方向产生不均匀的变化.将对板形产生影响4。轧机弹跳量一般可达2-5mm，对开坯轧机或开坯道次来讲，由于压下量较大，坯料较厚，弹跳量相对来讲影响较小，可以忽略不计。但对热轧或冷轧薄板带材来讲，由于压下量仅为几个mm甚至于小于1mm（冷轧则更小），轧制时的压下量和轧机的弹跳属同一个数量等级。有时弹跳量还会超过板带材的厚度，在此种情况下，弹跳必须加以考虑，并且对弹跳要进行精确计算.只有这佯才能得到符合公差的产品。实践表明，轧机的弹跳与轧制时的压力有密切关系，通过实验可以写出轧机弹跳量和轧制时载荷间的关系式为: (2.1)式中 S 载荷为P时的辊缝，mm； 空载下的辊缝，mm；机座总刚度，(10N/mm)。如果忽略轧件离开轧辊后的弹性回复，可以认为轧件厚度h就等于有载辊缝，即S=h，将它代入式(2-1)，整理后可写成:(2.2)式(2-2)便是轧制力P和出口厚度h之间的关系式。由试验可以做出机座弹性变形特性图2-1，从图2-1可以看出，轧机弹性变形与轧制力之间并非线性关系，而是在小轧制压力阶段弹性和轧制压力呈曲线关系，当轧制压力大到一定程度时，弹性变形和轧制压力才近似呈曲线性关系。对一于曲经段的存在可以作如下解释：当轧制压力小时，轧机各个零件之间轴承之间的间隙和不平整是逐步消除的。同时零件之间存在着接触变形，此时各零件尚未开始弹性变形，这一非线性段并不是稳定的，每次换辊后都会有变化，特别是轧制压力接近于零变形(实际上是零件间的间隙变化)是很难准确测定的。所以在实践中，轧辊的实际零位很难确定。因此式(2-2)用于控制轧出厚度是有困难的。图2.1机架弹性变形曲线Fig2.1 stand elasticity deformed curve2.1.2弹跳模型的建立弹跳特性曲线的直线部分的斜率称为轧机刚性系数或轧机模数，更确切地说，轧机刚性系数应由曲线上任意位置的斜率来定义。由于曲线的斜率受各种轧制条件影响，因此，轧机刚度系数并不是轧机固有的常数，所以在实际使用弹跳方程时要考虑对刚度系数的修正。为了消除上述对S影响的不稳定因素，于是采用了人工零位的方法，即先将轧辊预压靠到某一定的压力，此时将辊缝仪指示清零(作为零点)，再作弹性变形曲线，以克服不稳定段的影响，压靠零位和轧制时的弹性变形曲线如图2.2所示。 图 2.2 压靠零位和轧制时的弹性变形曲线Fig 2.2 elasticity deformed curve on zero gap adjustment and rolling根据以上所述，我们知道g点是不好确定的，当进行预压靠时在O点处轧辊刚开始受力并变形。当预压力增加到P0时，变形为(为负值)，此时辊缝仪清零，然后抬辊，如抬到g点，由于与是对称的，如果点能找到的话，则，所以，此时辊缝仪人为的指零，所示为人工零位的辊缝仪指示值。此时用厚度为的轧件轧入，产生轧制压力（轧件塑性变形特性为曲线），轧出的厚度为，从图2-2可以看出由线 得 由线得 (2.3)式中 轧机的刚度系数，一轧件的塑性系数， 前者为塑性方程，式中为轧件塑性刚度；后者为弹跳方程，式中为轧机弹性刚度。公式(2.3)就是用于设定和厚控的弹跳模型的基本方程。2.2硬度影响系数的确定计算时以设定计算各机架轧制温度，并由此计算出轧制力及设定辊缝。然后设有一个温度波动(如)，再计算此低温段进入设定辊缝后将产生的厚度和硬度变化。规程(设定计算)，已知：粗轧出口厚度及要求的成品厚度、负荷分配后的、粗轧出口温度，粗轧出口宽度、钢种代号(变形阻力公式系数)，可由温降方程5计算各个机架将会有的并获得，从而确定带坯分段意义下的硬度变化量。1) 精轧入口温度由于热连轧生产线上最可靠的测温点是粗轧区出口处，带钢传送时产生的温降主要是辐射造成的热量损失，同时也存在自然对流冷却(空气)。在实测后，可用长距离辐射温降公式计算： (2.4)式中：-玻尔兹曼常数，； -带坯的黑度(与绝对黑度相比)；-密度，； -比热容， -由粗轧出口测温点到精轧入口测温点所需的运输时间，单位是，当带坯在中间辊道停留后需根据实测时间对进行再次计算。2) 逐架计算各机架轧制温度(1) 高压水除鳞的温降方程 (2.5)-上游机架出口厚度；-水温；-强迫对流交换系数，其物理含义为当温差为时单位时间单位面积的换热量，单位。-高压水端长度，轧件速度。(2) 机架间喷水冷却由于喷水冷却也是一种强迫对流，因此计算公式类似，但值不同，需根据机架间喷水冷却还是输出道上层冷却分别确定。 (2.6)-机架间距离；-强迫对流交换系数，其变化需通过实测来定，而比热容则是温度的函数。(3) 轧制过程的热量得失轧制时存在着两个相互矛盾的热过程，一是轧制时轧件塑性变形所产生的热量造成一个温升；另一方面轧制时高温轧件和低温轧辊相互接触时所损失的热量造成温降。因此变形区变形发热方程为： (2.7)式中：-热功当量，； -平均单位压力(接触弧上)，； -变形区应力状态系数； -当前机架的入口厚度、出口厚度； -轧件与轧辊热传导效率，一般为； -吸收效率，即变形热转为轧件发热的部分占总变形热的百分比，一般为，前几架大些，后几架小些。接触传导造成的温降为： (2.8)式中：-带钢和轧辊温度； -考虑压扁后的变形区接触弧长； -轧辊线速度，平均厚度； -接触热传导系数，由于实测得到的结果将是塑性变形发热与轧件、轧辊间接触热传导的综合结果。因此需积累相当数量的数据才能将这几个公式中有关未定系数确定下来，这可由二级针对不同的钢种统计计算得到。3) 计算外摩擦应力状态系数为了求出单位压力在接触弧上的分布，以便通过积分求出总压力，以的变形区力学平衡公式为基础，并假设热轧时接触弧表面粘着而不产生相对滑动，变形区高度方向存在不均匀变形。根据公式计算的数据回归结果，有： (2.9)4) 计算轧辊压扁目前普遍公认，基于变形区力平衡理论的(西姆斯)公式是最适于热轧带钢轧制力模型的理论公式，公式的轧制力模型是，当轧辊受很大轧制力时轧辊将被压扁，设压扁后的轧辊半径为，接触弧水平投影长度将为，其函数关系为6： (2.10)式中：-杨氏弹性模量； -入口厚度与出口厚度之差； -泊松系数；对钢轧辊，弹性模量，泊松系数，因此由上压扁弧长公式可得，故有，与方程结合通过联解轧制力公式和轧辊压扁公式才能最终求出及轧制力。又金属变形阻力为： (2.11) (2.12)其中：平均变形速度、真正变形程度。不同钢种有不同的，。在设定规程下，由(1)-(4)可计算带坯的硬度影响系数及。2.3 AGC的基本结构热 连轧AGC控制系统的结构从简单到复杂。这种变化过程是为了更好地满足生 产技术发展的需要，也是随着计算机和自动控制技术的发展不断变化的。随着工 业化生产自动化程度的提高和汽车制造业的发展，对板带材质量的要求也越来越 高。同时，为了降低机电产品和汽车制造的成本，热轧带钢正逐渐在许多机电产 品和汽车部件中取代冷轧带钢。反映热轧带钢质量的重要指标之一是带钢的厚度 精度。获得高精度厚度热轧带钢产品的重要手段是采用带钢厚度自动控制技术。AGC系统是一个复杂的多变量系统，本部分主要介绍AGC自动控制系统的一些 基本结构。 2.3.1 工作辊弯辊控制系统 每个机架的弯辊控制（正弯）系统是用施加的力控制改变辊缝进而改善板形。控 制元件为比例伺服阀，对每个阀均有自己的力控制回路，力的测量采用压力传感 器检测液压缸活塞侧的压力。为实现弯辊，在轧机传动侧和操作侧的上、下工作 辊轴承座之间各设有两个液压缸，分别位于轧机的入口端和出口端，并可同时向 上辊和下辊施加弯辊力。每一侧的两个液压缸由一个伺服阀实现弯辊力的比例 型闭环调节，由一个平衡阀进行上工作辊的平衡和升降控制。以平衡力的大小为 基准（其方向是向上的），当弯辊力的设定值大于平衡力时，可实现对工作辊的 正弯辊，弯辊力的设定值由基准值、附加值及手动调节值构成12。 2.3.2 速度主令控制 速度主令功能控制从飞剪到卷取机的带钢传动系统的速度。对精轧机而言，速度 被设定为与材料通过相应架的线速度匹配。在轧制过程中，速度的计算要考虑材 料的前滑13。末机架的速度将作为速度基准。任何两机架间的速度关系修正以 及轧制过程中对速度的连续调整，均应在轧件离开相应机架后再通过重新修正主 传动的设定值完成。设定值对相关机架的分配控制和切换到新调整值取决于处理 顺序和材料所在位置。对每个机架的速度给定值进行计算和精确设定是根据HMI或过程计算机计算的预设定值估计的，同时考虑了下列附加的影响： 1）速度升降； 2）对每个机架或全部机架的人工干预； 3）给定值修正； 4）活套或监控系统的修正值； 由于每个轧机的负载一定，速度给定系统必须考虑轧机目前的负载状态，将给定 值分配到相应的机架。各机架的运行速度基准设定值；卷取机的最大咬入速度基 准设定值均由HMI或过程计算机来提供。来自速度主控制系统的设定值，在不同工作状态下，对每个机架必须再进行计算和调整。对每个传动装置， 轧制速度给定值来源于：速度调整值；轧辊直径，工作辊直径在每次换辊时由操作人员通 过过程计算机给出，并送到基础自动化控制器中；最大允许速度和电流；单独和 比例调整（手动输入）；活套控制器的校正值。轧机速度调整影响全部架，速度 调整通过比例系数应用于全部机架，使设定的速度关系保持不变。 单机架速度 调整可手动进行。该功能允许操作人员手动增加或降低传动速度。比例速度调整 影响全部机架，单独速度调整仅影响相应的机架。但是如果该机架是载荷机架，该机架的所有上游机架的速度将通过速度级联系数被调整。 2.3.3 活套控制 活套控制是在两机架间保持一定的材料套量。在精轧机中，为了补偿上游机架出口到下游机架入口间的质量流差异，活套控制是必须的 。如果两机架间质 量流相等，材料活套将保持常数14。在带材热连轧机上，活套支撑器连续地监 视并控制活套的高度和带材的张力。活套由直流电机驱动。活套控制的目的是当 活套支撑器升到预定的位置时，获得要求的机架间张力。如果在不同的活套支撑 器位置得到要求的张力，那么就调整活套电机的电流。 活套系统的控制包括两个电路1517。第1个控制电路保持恒定的带材张 力。根据活套支撑器电机电流和活套支撑器角度的实测值，计算实际带材张力。实际带材张力和带材张力基准值之间的偏差信号输入到活套支撑器电机的电流 度器中。电流调节器调整活套支撑器电机的力矩，达到要求的带材张力。第2个控制电路提供恒定的活套支撑器角度。活套的偏差信号，即实际活套支撑器角度 和基准值之间的差值，输入到一个相邻机架的轧机电机速度调节器中。速度调节 器调整机架的速度，以控制要求的活套支撑器角度。为了保证设定速度的关系，对于传动系统任何速度的调整级联到上游机架。级联系数对每个机架是单独计 算，在精轧机中，对于级联，末机架是基准机架。轧机加载后，活套器起套并与 带钢接触，活套控制有效。被计算的带钢尾部从前面机架在一定的时间内将被抛 出后， 活套控制功能退出。在带钢热连轧基础自动化控制系统中，活套支撑器连续监视和控制活的高度和带钢的架间张力。活套控制主要包括三部分控制内 容：起落套逻辑控制、活套位置控制、活套力矩控制。 2.3.4 液压辊缝控制（HGC） HGC由两只安装在操作侧（OS） 和传动侧（DS），带有位移传感器、压力传感器的液压缸组成。HGC控制任务包括液压缸的位置控制和机架弹跳的力控制13。 HGC位置和力控制：HGC控制器是由位置和力两个独立控制器组成，系统 中对位置控制和力控制两种方式可以进行选择，执行机构是伺服阀。轧制力测量 方法有压头直接测量和压力传感器间接测量两种。连轧机的轧制力测量采用压 头方式，同时亦采用压力传感器作为伺服阀流量补偿等使用。压力传感器分别安 装在液压缸活塞侧和活塞杆侧，测量的是油的压力，与活塞的面积相乘得出轧制 力，总轧制力为两侧轧制力和减去轧机的平衡力。油缸压力传感器安装在伺服阀 块上，输出信号为0-10V，单位：N14。液压辊缝的控制系统包括了HGC控制器， HGC功能描述，HGC的伺服执行机构以及轧机辊缝的标定。 2.3.4.1 HGC 控制器 HGC控制器包括5个组成部分17：设定值处理，控制偏差，增益系数，控制算法， 输出值的处理。设定值处理，设定值分为位置设定值和力设定值。位置设定值报 扩包括一个基本设定值、一个附加设定值和一个倾斜设定值。力设定值仅有一个 基本设定值。设定值由OS和DS侧的控制器分别处理，总定值将通过控制器的速 率限制器。控制偏差，控制偏差是设定值与实际值之差，在控制器中进行计算，结果传递到控制器的控制算法进行计算。 增益系数，每个增益系数均由一个基本增益系数和一个适应性增益系数组成，适 应性增益系数的作用是补偿伺服阀的非线性特性。增益系数被分别计算并分别传 递到OS和DS的控制器的控制算法中。 控制算法，控制算法由一个比例控制算法和一个积分控制算法组成，积分主要作 为对油的泄漏的补偿。OS和DS两侧控制器的算法被分别计算。 输出值处理，经计算的输出值进入输出值处理部分，后输出去驱动伺服阀控制液 压缸动作，本方案中的OS和DS侧各配置一只伺服阀。 2.3.4.2 HGC 功能描述 HGC功能包括三个方面：位置控制功能，同步控制功能，倾斜微调功能 。位置 控制功能：HGC工作时，位移传感器输出信号反馈到液压控制器，控制器按一定的控制算法计算出控制信号去控制伺服阀驱动液压缸的抬起与压下。 同步控制功能：由于轧机传动侧、操作侧的液压缸之间没有机械上的联结，而且 两侧负载不可能完全相同，设备的动态特性也不完全一致，因此两侧的运动不能 保持同步，同步控制的目的就是使位移慢的一侧加快运动，位移快的一侧减慢运 动，使两侧的运动速度保持一致使得轧辊两侧能相对水平的压下。 倾斜微调功能：在轧机换辊后或压靠时，存在机械的不水平，通过倾斜微调功能 将轧辊调水平；在轧制过程中，由于钢板横向厚度不均或楔形出现镰刀弯，操作工也可用此功能校正。 2.3.4.3 HGC 伺服执行机构 HGC常用的配置有3种方式：电动压下液压短行程AGC、长行程HGC电动阶 梯垫、长行程HGC。这3种HGC的共同点都是通过液压系统来调节辊缝实现带钢 厚度自动控制，不同之处在于换辊时轧辊的升降调节方式不一样。HGC的伺服 执行机构由阀控液压缸组成，液压缸由伺服阀驱动。在HGC系统中，有每侧一支伺服阀（单阀）和每侧两支伺服阀（双阀）两种类型。本套轧机采用每侧单阀 控制方式。HGC主要由液压缸、位置传感器、压力传感器、伺服阀、压头及控制系统组成。液压辊缝的伺服执行机构框图如图2.1所示 图 2.1HGC 执行机构框图HGC具有的特 性 有1819：1)响应速度快，反应灵敏，截止频率高达（1620）Hz，可用于克服支持辊偏心的影响，而电动AGC截止频率只有（67）Hz。 2)压下速度快，可达4mm/s以上；当纠偏量为0.1mm时，HGC只需43ms即可完成。 3)辊缝设定精度高，HGC最小压下位移可达0.01mm。 4)加速度可达50 mm/s2， 而电动AGC小于2mm/s2。 5)控制系统比较简单，采用液压系统和弱电控制系统，而电动AGC是采用复杂的 直流电控系统或交流变频控制系统。 6)HGC精度可达30um，而电动AGC精度一般为50um。 7)采用HGC系统的轧机模数可根据控制方式而改变，而采用电动AGC系统的轧机 模数是固定的常数。 世界上的热轧带钢精轧机组大多数为67架轧机， 由于HGC在带钢厚度精度和板 形控制等诸多方面明显优于电动AGC，所以现代热轧带钢精轧机组厚度自动控制 几乎都是全部轧机采用液压辊缝控制20。2.3.4.4 HGC 辊缝标定 标定是一个重要的工作，因为轧机的弹跳曲线值及零点等常数的获得均是在标定 时完成的。标定之后，20组与弹跳曲线相关的值将被储存在软件中，在AGC控制时使用。 在换辊后， 标定过程应被启动，进行换辊后的零点标定。对标定而言，液压压下系统的实际位置值处理系统处于正常轧制模式是一个先决条件。在标定 过程中，压力过大保护控制始终有效。标定之后，轧辊将保持相对水平，在预设 力标定点，如5MN，实际位置值显示为0mm 。 辊缝标定有手动标定和自动标定两 种。 3 硬度前馈控制系统3.1自动厚度控制（AGC）3.1.1厚度在轧机中的重要性热连轧带钢厚度精度一直是提高产品质量的主要目标，它主要取决于精轧机组。现代热连轧精轧机组都装备有自动厚度控制系统，它用来克服带钢工艺参数波动对厚差的影响并对轧机参数的变动给予补偿7。长期以来AGC系统以反馈GM-AGC(或称RF-AGC)+MN-AGC为主体，对厚度控制采用“基于出口厚度偏差反馈闭环控制”的方法8，缺乏对厚度偏差产生原因分析，针对不同原因采用不同措施的控制策略。影响带钢厚差的主要因素有三个9：来料硬度波动(主要来自温度的波动)、来料厚度波动(来自粗轧区)和轧辊偏心，理论与实践都证明来料硬度波动是影响厚差的主要原因。3.1.2厚差产生的原因带钢厚差主要决定与精轧机组。为了更好地消除带钢弧度偏差（以下简称为厚差），需对其产生的原因进行分析，以便针对不同的原因采取不同的对策。造成带钢厚差的原因可以分为两大类：1.由带钢本身工艺参数波动造成，这包括来料头尾温度不匀、水印、来料厚度不匀以及化学成分偏析等。2.由轧机参数变动造成，这包括支撑辊偏心、轧辊热膨胀、轧辊磨损以及轴承油膜厚度变化等。轧机参数变动将使辊缝发生周期变动（偏心）及零位漂移（热膨胀）等。这将使辊缝不调整情况下，轧件厚度发生缓慢变化活周期波动。自动厚度空子系统用来克服带钢工艺参数波动对厚差的影响，并对轧机参数的变动给于补偿。3.2 硬度前馈AGC的提出3.2.1反馈AGC的优缺点最早采用的AGC算法是基于弹跳方程的反馈AGC。弹跳方程的应用解决了精轧机组仅采用一个成品测厚仪时能间接“测量”各机架出口厚度以用作反馈信号来控制厚度，因此具有里程碑意义，反馈AGC的主要优点是闭环反馈来消除偏差。但反馈控制存在的缺点很大一部分亦正是由于采用了弹跳方程，而基于弹跳方程计算出的厚度不精确是影响反馈控制精度的主要因素，目前所用的弹跳方程为： (3.1)为轧机预压靠到将辊缝仪清零后上抬轧辊时辊缝仪的输出值。辊缝仪信号反映不出轧辊偏心。其中，为轧制力；为轧制力时的轧机纵向刚度；为预压靠力； 为轧辊预压靠到时的轧机纵向刚度；为油膜厚度(模型计算)；为轧辊热膨胀量(模型计算)；为轧辊磨损量(模型计算)；为绲缝零位(一般对其自学习)。由此可见造成弹跳方程不精确的原因有：1) 轧机纵向刚度：即使通过预压靠去掉小轧制力的明显非线性段后轧机弹性变形特性仍然有一定的非线性，因此在一块轧件轧制过程中对一个轧机仅用一个值是不精确的。2) 的各个模型都会有一定误差。采用弹跳方程的第二个缺点是依靠实测轧制力来进行反馈控制。这是因为存在两类不同扰动(轧辊偏心、带钢硬度变化)造成轧制力变动后要求的控制策略正好相反，因而进一步造成误差。反馈AGC的第三个缺点是反馈增益系数中含有不易确定并且时变的值。反馈AGC的控制算法为： (3.2)是小于1的系数，一般在之间，主要是轧制力信号中存在正反馈成分，如取值大将容易造成振荡，引起系统不稳定。另外，值的确定亦是一个难题，其是一个在带钢全长轧制中不断变化的值，越薄的带钢值越大，如何辨识或实测值以及对值进行自学习都是值得研究的问题。反馈AGC的再一个缺点是不可避免的滞后，即反馈的信号是已经发生的事，用来控制，加上控制装置不可避免存在响应滞后，因此控制点不是测量点，容易造成振荡。3.2.2 前馈AGC概述近年来，出现了一些以前馈为主的AGC系统，如加拿大Hatch Steltech推出的FFF-AGC（轧制力前馈AGC），杜法斯克(Dofasco) 厂FAT的前馈自适应穿带控制10和POSCO及ALSTOM的“新FF-AGC”。对突发性的头部鼓包，本体水印及尾部尖峰，前馈比反馈好。前馈控制对活套的扰动比反馈好。前馈可以对主速度采用提前补偿以克服主传动响应低于压下的问题。减少头尾不考核长度是当前努力的方向，为进一步提高带坯全长厚控精度及其百分比，我们在鞍钢1700mm热连轧上使用了将硬度信息前馈控制的KFF-AGC方案。前馈AGC代表现今潮流，其中以加拿大公司Hatch Steltech推出的FFF-AGC为最著名，其优点在于：可用于全电动压下+电动活套(能用液下压下更好)、可解决头部、尾部厚差使百分比提高，维持轧制力恒定，从而改善板形11(凸度和平直度)，活套十分稳定，因而张力亦是稳定的，宽度波动不到2mm，保证了绝对AGC方式并实现了自学习。对突发性的头部鼓包，本体水印及尾部尖峰，前馈比反馈好。对本体的温度波动中如存在频率不太高的周期波动(偏心信号)由于其是反作用的一种扰动，需加以事前补偿。前馈控制对活套的扰动比反馈好。前馈可以对主速度采用提前补偿以克服主传动响应低于压下的问题。目前已有文章提出“前馈优于反馈”，甚至认为只用前馈就能解决厚度控制问题。3.2.3硬度前馈自动厚度控制系统KFFAGC传统A GC 系统亦设有前馈A GC ,其主要功能是将本机架出口厚差作为信息作用于下前馈控制,使其对下一架出口厚差影响减少到最小1 。由轧机广义弹跳方程可知,影响带钢厚度精度的原因有轧制力、轧制力纵向刚度、弯辊力、弯辊力纵向刚度、油膜轴承的油膜厚度、轧辊热膨胀值和轧辊磨损量等 425 。通过分析可知,影响厚度精度最大的因素是轧制力。轧制力随轧制条件的变化而不断改变,且所有影响轧制力变化的因素都将影响到带钢的厚度度。通常热轧轧制力计算公式为FP = Blc QP K (1)式中: FP 为轧制力,kN ; lc为轧件与轧辊之间的接触弧长度,mm ;QP 为考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数; K 为相应条件下的轧件硬度(金属变形抗力) ,kN/ mm2 ;B 为带钢宽度,mm。由K 值的计算方法9 可知, K 值与标准变形抗力、几何形状系数和温度影响系数直接相关。由于水印等产生的温度不同,必然导致实际硬度(金属变形抗力) K 值的不同,因此可根据公式求得各机架因变形抗力而产生的厚度增量。通过实际数据计算可知,普通带钢温度每降低10 ,带钢厚度可增加近50m。在轧制较硬钢种时,因K 值变化增大,故厚度增量还会增加3 ,从而产生较大的厚度偏差。因此,带钢实际硬度(金属变形抗力) 已成为影响带钢厚度的主要因素。这时轧机弹跳方程增量形式可写aa为h = (1Mp+Q ) QH + (aPaR)K + MP) 式中: h 为带钢出口厚度,mm ; H 为带钢轧件入口厚度,mm ; P 为轧制力,kN ; S 为辊缝,mm ; MP为轧制力纵向刚度,kN/ mm ;Q 为带钢塑性刚度,kN/ mm。实际上,厚度方程主要项应为K , 不解决K ,只解决H ,必然使传统前馈A GC 作用不大。为了突出带钢温度波动对A GC 系统的影响,采用了KFF2A GC 方案,即硬度前馈控制A GC 系统。图1 为热连轧机KFF 硬度前馈控制A GC 系统控制框图。 图1 热连轧机KFF 硬度前馈控制AGC系统控制框图Fig. 1 Control block diagram of KFF2AGC( K Feedforward2AGC) system of hot strip mills由图1 可看出,第1 架F1 通过轧制力计算辨识出硬度K 值信息的变化用于前馈控制F2 F7 ,该系统在850 mm 中宽带热连轧上应用取得了明显效果。3.3硬度控制理论3.3.1硬度波动对厚度影响的重发性AGC系统从厚度偏差出发前馈及反馈控制厚度，计算表明，当粗轧轧出的带坯厚度存在的台阶时，成品厚差不到，这是由于随着带坯厚度被压缩的同时厚度偏差亦被“压缩”减少，带钢热连轧机具有“自然消弱来料厚差”的能力。但温度波动不同，当温度较低的那段钢进入每一个机架时都将使轧制力加大而产生新的厚差，即温度波动对厚度影响具有“重复发生”的性质 。当来料带坯某一段具有3%的温度变动将使成品产生以上的厚差（不投入AGC时），为消除这种“重发性”影响，将以温度波动为依据来控制厚度，即采用KFFAGC控制策略来提高带坯全长的厚度精度。增量厚度方程： （3.3）如果来料有的硬度波动，那么这段带钢进入每一个机架将会有一个。将使机架产生，而又将会影响后面各机架的出口厚度。表示来料硬度和来料厚度的变动对成品厚度的影响。 （3.4）其中 （3.5)若来料参数波动，其影响系数为 (3.6)其中 （3.7）3.3.2 硬度的提取鞍钢1700mm热连轧机共有六个机架，前两个是电动压下，后四个采用电动+液压压下。电动压下装置根据二级模型设定摆好辊缝后，不进行厚度控制，由于来料厚度和硬度的波动都将影响轧制力的变化，从粗轧出口处依据弹跳方程确定分段带钢的不利于实现精确跟踪控制。事实上机架的轧制力变化更能反映带坯的硬度变化趋势，这是因为在的情况下，并设法补偿可滤去轧辊偏心成分后，其轧制力的变动是分段来料带钢厚度变化和硬度的函数，即： (3.8) (3.9)它能充分利用机架出口分段带钢的变化来确定。因此在实施KFF-AGC控制策略时是在第二机架辨识出的变化用于前馈控制。是机架的入口厚度和出口厚度，是变形阻力，前后张应力。轧制力是以下变量的函数： (3.10)轧制力的增量方程： (3.11) (3.12)机架不投入AGC()，在咬钢信号来时，采得头部轧制力的锁定值，由于二级模型设定精度存在误差，有时误差较大(尤其在频繁换钢种轧制情况下)，若一定要与设定值为基准，要求压下系统将带钢厚度调到设定值势必会造成压下系统负荷过大，前馈是在咬钢信号来时，马上投入AGC控制，尤其是这时的活套还没有起来到达设定值，过大的压下量不利于活套系统的稳定。考虑到机架监控AGC进行系统性的纠偏，这里采用相对KFF-AGC的控制策略，以实测的锁定轧制力值为基准。对于薄规格，即文中给出的第二种控制方式下，通过对轧制力的判断给出投入绝对KFF-AGC的控制方式。由(3.11)和(3.12)得： (3.13)而轧制力为： (3.14) (3.15)分别为带宽、接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数、压扁后接触弧的水平投影长度、轧辊半径。为机架轧件入口厚度，轧件出口厚度，单位是。由公式(3.13)- (3.15)可求出每段带钢的。曾对不同成品规格当有变动时各机架轧制温度以及其变形阻力的变动作了计算，由计算结果可知，不能用相等的法则来表示各机架间的关系，这是因为为保证终轧温度(对带钢质量有直接影响)，从精轧入口温度处进行温度控制时，机架间的喷水方式(冷却水的压力，流量等因素)、速度制度会有所不同，导致硬度影