在热连轧中二维模糊套高闭环控制器发展与应用

1、在热连轧中二维模糊套高闭环控制器发展与应用关键词： 活套控制；模糊控制近年来，随着社会发展与科学技术的进步，用户对钢铁产品的质量、品种、性能等各方面的要求越来越高。例如，在外形尺寸精度方面，成卷提供的宽幅冷轧带钢，厚度精度己经达到了0.002mm，热轧板卷厚度精度己达0.025mm。这就为轧制过程控制进一步增加了难度。成品带钢的质量又与精轧区控制精度密切相关。因此，如何提高精轧机组的控制精度，是优化产品性能、质量的关键。恒定活套量和小张力轧制是现代热连轧精轧机组的一个基本特点。在轧制过程中，由于主传动系统总是存在着动态咬钢速降，在稳定轧制阶段又总是存在着各种外部干扰，不可能始终保持各机架之间的

2、速度匹配关系，所以设置活套的主要目的，就是在于检测到这些偏差，进而通过高度调节吸收这些活套量，使得生产正常稳定。 1 活套控制系统 1.1 工艺概述。莱芜1500mm带钢热连轧精轧区主体设备，在实际生产中，钢坯定宽主要在粗轧完成，精轧主要实现定厚及板形上的精确控制。所以，由一架立式轧机（E2）对中间坯进行最终的宽度处理后，依次进入精轧机组（F1-F6）连续轧制。精轧机组可将中间坯（17mm-40mm）轧制到成品厚度1.2-20mm。 活套装置（共五组，分布相邻两精轧轧机之间）的主要作用包括检测带钢长度和张力控制。通过检测套量信号来控制上游机架速度，使得主传动的转速随时迅速而准确的调整，纠正带速

3、偏差，实现正常轧制生产。另外，正常轧制时，带钢段比机架距离稍长一点，靠活套辊将其绷紧，产生给定的微张力。因此活套装置在现代热连轧机中占有很重要的地位。 1.2 活套控制系统简介。活套控制系统包括活套高度自动控制和活套张力自动控制。 所谓活套高度自动控制就是以某一设定的活套高度（一般为2025）为基准，用调节主机速度来维持活套量恒定，即在由主传动速度控制系统及活套装置的套量信号（活套辊摆角信号）所组成的活套高度闭环控制系统中，当实际的活套高度（活套量）与基准值不等时，用其差值控制上游（或下游）机架主机速度，纠正秒流量偏差，以保持活套量恒定。 活套张力控制的目的应在于维持恒定小张力轧制，避免产生堆

4、钢和拉钢。活套张力控制，首先根据预设张力、预设带钢的重力，在给定的活套高度下计算出活套合力矩给定。一旦由于活套量的变化，会使活套角产生变化，在新的活套角反馈后，又将计算出此刻的张力力矩和重力力矩，再折算出新的合力矩电流设定值。 1.3 套量方程。带钢热连轧由于机架间设有活套装置，因此当活套辊上抬在机架之间形成套量时，前后机架速度的变化将只影响活套的套量，此时带钢的张力将由活套液压缸来控制（活套液压缸将控制带钢张力在不同活套高度或活套臂升角下静态的恒定不变）。 设i机架带钢出口速度为vi，i 1机架带钢入口速度为vi 1。则单位时间内从i机架轧出的带钢长度为vi*dt，而单位时间从i 1机架轧入

5、的带钢长度为vi 1*dt，因此套量变化量l可以写成如下公式： 由此公式可以看出当vi 1和vi不等时，随着时间的增加，套量将无限的增加或者减少，如果不加以控制，则由于套量增加过大而将在机架之间产生三层带钢叠起来轧入i 1机架，这将引发严重事故，反过来当套量不断减少最终会使机架间带钢崩直。由于机架之间套量的存在，套量的增加将由活套臂的升降来吸收。由图2可知，机架之间存储的套量为： 2 二维模糊套高闭环控制器 影响带钢轧制及其产品质量的主要因素是机架间带钢秒流量和带钢张力的均衡关系。但由于带钢穿带等原因引起了前后机架速差扰动，破坏了机架间秒流量平衡，引起了套量和套角的变化，带来带钢张力的扰动。活

6、套套高闭环控制器的作用就是根据套角变化信息，相应的给出对前架速度的补偿来消除前后机架因各种干扰导致带钢流量和张力的扰动，保证顺利轧制，提高带钢质量。 目前大部分活套系统具有以下几个特点： 1）套量大小 与套角大小并不是线性关系的。下图是精轧机组活套的机械参数求得的套量套角函数关系图，从这个图中我们可以发现活套套高在正常工作点22度附近呈现非线性关系。 套量和套角非线性关系决定了单一参数的纯比例控制器在活套角度小于15度时，输出套高调节量偏大；而当活套角度大于25度时输出套高调节量又偏小，因此在活套正常工作角度范围内（设定工作角度正负10度区间内）不能够进行较为精确的控制，调节误差较大，容易使得

7、活套系统不稳定。 2）活套闭环控制器依据套角变化信息，给出对上游机架的速度补偿，速度补偿的积分等于套高调节量： ，因为活套控制系统中存在这个积分环节，因此套量和速度补偿之间明显存在着一定的滞后性。 因此有必要在套高控制中利用活套角度变化趋势信息提前对活套套高补偿进行修正，尤其在活套快速调节过程中，活套转动动量较大，提前预测控制可以使活套套高调节更稳定。以下是活套转动动量 公式，与套角微分项成正比例关系：，其中，为活套摆动角速度，J为活套绕支点的摆动惯量。根据以上分析，本文提出利用2维模糊控制器来实现活套套高闭环控制：首先，把采集到的活套反馈角度进行模糊量化，划分成等分大小的各个控制区间。根据反馈角度落在不同的区间，输出不同的速度补偿控制量V，而这些补偿控制量应当反映出套量和套角在此区间大致的非线性比例关系。其次，把活套反馈角度的微分，即最近相邻的两个周期的套角变化量，进行模糊量化，划分成不同的区间，根据微分落在不同的区间对输出控制量V进行修正，实现对套高的提前预测控制。 3 总结 利用2维模糊控制器来实现