宽带钢热连轧机板形板厚增益调度解耦控制

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2003.01.017 第25卷第4期 北京科技大学学报 Vol.25 No.4 2003年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2003 宽带钢热连轧机板形板厚增益调度解耦控制 曹建国)张杰陈先霖)魏钢城)黄四清)忻为民) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)武汉钢铁（集团）公司热轧厂，武汉430083 摘要针对板形板厚综合控制的耦合问题，通过分析板形控制系统需要先后投入平坦度 反馈控制和动态凸度控制的综合系统特性，采用前馈补偿综合法设计解耦网络以完成动态 轧制过程的板形板厚解耦控制.结合1700mm热连轧机实际控制系统，提出采用板形板厚增 益调度解耦控制方法适应板形板厚耦合特性随实际轧制条件变化的应用需要，建立的增益 调度函数集已在大型工业轧机得到验证与应用. 关键词热连轧机：带钢：板形控制：解耦：板形板厚综合控制 分类号TG334.9:TG335.11 板形和板厚是决定带钢几何尺寸精度的两 测信号对多机架板形调节机构进行调节，实现对 个重要质量指标，板形与板厚控制之间耦合效果 凸度和平坦度的反馈控制.由于连轧机组出口目 明显，且严重影响高精度带钢生产".对于高质量 前使用的平坦度仪无法正确测出建立张力后带 的板形板厚控制系统来说，必须进行解耦设计， 钢的平坦度，故平坦度反馈控制FB-AP℉C的控 宽带钢热连轧机生产中，板形板厚综合控制包括 制作用通常为带钢头部130m左右.由于轧制过 设定和动态控制两个方面，为了保证带钢几何尺 程中轧件温度变化、轧制的加减速控制，尤其是 寸精度，不仅必须完成板形设定的解耦与应用阿， AGC投入控制后，轧制力会发生频繁变化，导致 还必须随着轧制条件的变化实现动态轧制过程 带钢板形发生变化，但1700mm热连轧机目前采 的解耦设计. 用的是双C型架扫描式凸度仪，而不是多通道凸 度仪，尚不能实现凸度反馈控制，因此当卷取机 1板形板厚前馈补偿解耦设计 咬入带钢后，投入动态凸度控制DCC,将FB- 1.1板形板厚综合控制系统 APFC调节好的弯辊力作为调节起点，在轧制过 轧制过程中，来料发生变化将引起轧制力变 程中根据实测轧制力大小的变化，相应改变各机 架弯辊力值对板形实施动态凸度控制，从而保证 化，从而影响出口板形和板厚，为此需要投入板 形自动控制APFC和厚度自动控制AGC系统进 带钢全长的板形.因此目前的AP℉C系统包括先 行调节，以锁定的带钢头部控制质量为起点，动 后投入的平坦度反馈控制FB-AP℉C和动态凸度 态调整弯辊和压下位置等操作变量来消除锁定 控制DCC. 后带钢的板形偏差和同板厚差（带钢纵向厚差）. 宽带钢热连轧机AGC系统以GM-AGC作为 基本控制方式，该法对出口厚度变化响应快，控 宽带钢热连轧机通常由7架四辊轧机（依次 称作F1,F2,…,F7)组成.本文研究的1700mm热 制滞后小，但存在厚度检出精度低，雅以用于成 连轧机板形板厚综合控制系统主要针对配置板 品厚度控制.为了保证带钢厚度精度，AGC系统 形调节机构的F4F7机架，热轧板形控制主要包 通常还要投入X-AGC,用来对GM-AGC系统的 板厚基准值进行监控修正，以使带钢的板厚更接 括凸度和平坦度控制，理想的控制方法是在动态 轧制过程中根据多通道凸度仪和平坦度仪的检 近目标值.在采用计算机控制的基础上，可与反 馈控制结合采用预控AGC,提前移动压下量来消 收稿日期2002-09-18曹建国男，31岁，讲师，博士 除带钢来料板度偏差对出口板厚的影响.由于 *国家自然科学基金重点资助项目(No.59835170) 宽带钢热连轧机前几个机架F1~F3带钢温度较

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 宽带钢热连轧机板形板厚增益调度解藕控制 曹建 国 ” 张 杰 ” 陈先 霖 ” 魏钢 城 ， 黄 四 清 ” 忻为 民 ” 北京科技大学机械 工 程 学 院 ， 北京 武 汉钢 铁 集 团 公 司 热 轧 厂 ， 武汉 摘 要 针对 板形 板 厚综 合控 制 的祸 合 问题 ， 通过分 析 板形 控 制 系统 需要先 后 投 入平 坦度 反 馈控 制和 动 态 凸度控制 的综 合系统特性 ， 采用 前馈 补 偿 综合 法 设 计 解 祸 网络 以完 成 动 态 轧制过程 的板 形板 厚解 祸 控制 结合 热 连 轧机 实 际控 制 系统 ， 提 出采用 板 形 板 厚增 益 调 度解祸控 制方法 适应 板形 板 厚祸 合 特性 随实 际 轧 制 条件 变 化 的应用 需要 ， 建立 的增 益 调 度 函 数 集 已 在 大 型 工 业 轧机得 到验 证 与应 用 关键 词 热连 轧机 带钢 板形 控 制 解祸 板形 板 厚综合 控 制 分 类号 板 形 和 板 厚 是 决 定 带 钢 几 何 尺 寸 精 度 的两 个 重 要 质 量 指标 ， 板 形 与板 厚控 制 之 间祸合 效果 明显 ， 且 严 重 影 响高精 度 带钢 生产 ‘ 对 于 高质 量 的板 形 板 厚控 制 系 统 来 说 ， 必 须 进 行 解 祸 设 计 宽带钢 热连 轧机 生产 中 ， 板形板 厚 综合 控 制 包括 设 定和 动 态控 制 两 个 方 面 为 了保 证 带钢 几 何 尺 寸精度 ， 不 仅必 须 完成 板 形 设 定 的解 祸 与应用 口，， 还 必 须 随 着 轧 制 条 件 的变 化 实现 动 态 轧 制 过 程 的解 祸 设 计 板形 板厚 前 馈补偿 解祸 设 计 板 形 板 厚 综 合控 制 系 统 车制 过 程 中 ， 来 料 发 生 变化 将 引起 轧制 力变 化 ， 从 而 影 响 出 口 板 形 和 板 厚 ， 为此 需要 投 入 板 形 自动 控 制 和 厚 度 自动 控 制 系 统 进 行 调 节 ， 以锁 定 的带钢 头 部控制 质 量 为起 点 ， 动 态 调 整 弯 辊 和 压 下 位 置 等 操 作 变 量 来 消 除锁 定 后 带钢 的板 形 偏 差 和 同板 厚 差 带钢 纵 向厚 差 宽带 钢 热 连 轧 机 通 常 由 架 四辊 轧 机 依 次 称 作 ， ， … ， 组 成 本 文 研 究 的 热 连 轧 机 板 形 板 厚 综 合 控 制 系 统 主 要 针 对 配 置 板 形 调 节 机 构 的 机 架 热 轧 板 形 控 制 主 要 包 括 凸度和 平 坦度 控 制 ， 理 想 的控 制 方 法 是 在 动态 轧制 过 程 中根据 多通道 凸度 仪 ‘ 和 平 坦 度 仪 的检 收稿 日期 刁 曹建 国 男 ， 岁 ， 讲师 ， 博士 国 家 自然 科 学基金重 点 资助 项 目 测 信 号对 多机 架 板 形 调 节机 构进 行 调 节 ， 实现对 凸度 和 平 坦度 的反馈 控制 由于连 轧机 组 出 口 目 前 使 用 的平 坦 度 仪 无 法 正 确 测 出建立 张 力 后 带 钢 的平 坦 度 ， 故 平 坦 度 反 馈 控 制 的控 制 作用 通 常 为 带 钢 头 部 左 右 由于 轧 制 过 程 中轧件 温 度 变 化 、 轧制 的加 减速 控 制 ， 尤 其 是 投入 控 制 后 ， 轧 制 力会 发 生 频 繁变 化 ， 导致 带 钢 板 形 发 生 变 化 ， 但 热 连 轧机 目前采 用 的是 双 型 架 扫 描 式 凸度 仪 ， 而 不 是 多通 道 凸 度 仪 ， 尚不 能 实 现 凸度 反 馈 控 制 ， 因 此 当卷 取 机 咬 入 带 钢 后 ， 投 入 动 态 凸度 控 制 ， 将 一 调 节 好 的弯 辊 力 作 为调 节起 点 ， 在 轧制 过 程 中根据 实测 轧 制力大 小 的变化 ， 相 应 改变各机 架 弯辊 力 值对 板 形 实施 动 态 凸度控 制 ， 从而 保证 带 钢 全 长 的板 形 因此 目前 的 系 统 包 括 先 后 投 入 的平 坦 度 反 馈 控 制 ， 和 动 态 凸度 控 制 宽 带 钢 热 连 轧机 系 统 以 气 作 为 基 本 控 制 方 式 ， 该 法 对 出 口 厚 度 变化 响 应 快 ， 控 制 滞后 小 ， 但 存 在 厚 度 检 出精度 低 ， 难 以用 于 成 品 厚 度 控 制 为 了保 证 带钢 厚度 精度 ， 系 统 通 常 还 要 投 入 ‘ ， 用 来 对 卜 系 统 的 板 厚基 准 值 进 行 监 控修 正 ， 以使 带 钢 的板 厚 更接 近 目标 值 在 采 用 计 算 机控 制 的基 础 上 ， 可 与 反 馈 控 制 结合 采用 预 控 ， 提 前移 动 压 下 量 来 消 除 带 钢 来料 板度 偏 差 对 出 口 板 厚 的影 响 ，， 由于 宽 带 钢 热 连 轧 机 前 几 个 机 架 干 带 钢 温 度 较 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2003．04．017

Vol.25 No.4 曹建国等：宽带钢热连轧机板形板厚增益调度解耦控制 ·359· 高，自动调节带钢原料板厚偏差能力较强，本文 角形元素特性保持不变，解耦网络支路个数尽可 要研究的F4~F7机架的预控移动压下量很小，可 能少和支路数学模型阶次更低，更有利于满足解 等同于对FSU辊缝设定的调整，故板形板厚综合 耦控制的实时性，本文采用前馈补偿综合法， 控制研究的AGC采用X-AGC配合GM-AGC的 由于带钢凸度不仅是板形控制的直接目标， 闭环控制系统。 还是控制带钢平坦度的决定因素，因此板形板厚 1,2前馈补偿解耦设计 综合控制系统中，操作变量为工作辊弯辊力和轧 为了解决多变量控制系统的耦合问题，经常 机的压下位置，被控制变量可取轧机出口带钢凸 采用的解耦设计方法有基于不变性原理的前馈 度和板厚.由于在板形板厚耦合控制对象中研究 补偿综合法、对角矩阵法、相对增益法、状态变量 的是各量的变化量，根据建立的板形板厚耦合控 法、逆Nyquist曲线法和特征曲线分析法等.为 制对象传递函数"，可得系统前馈补偿解耦控制 了保证板形板厚综合系统解耦后对象矩阵的对 ,结构图，如图1. 前馈补偿解耦网络 板形板厚耦合对象 △Fw m10 △C G(s)=KiW D2(S) G(s)=KW D1(s) G(s)=KnW1 4 m20 △h QX9 Gn(s)=KxWn 图1宽带钢热连轧机板形板厚耦合控制对象的前馈补偿解耦结构图 Fig.1 Decoupling block diagram of combined sbape and control in hot strip mill 由前馈补偿综合法知： 主通道的特性保持不变，总之，实现了解耦控制， oo=8 使得板形控制系统和板厚控制系统成为两个独 (1) 立的系统，可分别进行控制，结合板形设定的解 D.(s)--Ga(s) G2(s) 耦控制，达到板形板厚综合控制的目的， 即解耦控制器为： D60=K4色旅8+0 KwMw MpO 2板形板厚增益调度解耦控制 D⊙=-1+sKe2 (2) 宽带钢热连轧机是按轧制单位组织生产，其 1+TwS Kso Mw 此时有 轧制条件的变化不仅体现在不同于冷轧生产的 「△Cl 显著轧辊磨损和热胀，还表现为轧制单位的种类 △h 纷繁和一个轧制单位内带钢规格的复杂多变.具 Kwo 1 1+TsKwMK(M+) 0 体工业轧机的板形板厚耦合特性随实际轧制生 △Fw (3) △S 产条件的多变而变化，以1700mm热连轧机轧 1+Tss M+O 制的一个轧制单位139卷计3312.75t带钢为例， 由式(3)知，采用前馈补偿综合法，增加解耦 得到该轧制单位内F7机架耦合特性参数的变 网络后，板形板厚耦合控制对象的操作变量和被 化，如图2. 控制变量的传递函数矩阵变成了对角阵，补偿了 由图2知，板形板厚耦合特性参数在轧制过 耦合支路的影响，即抵消了过程的关联；而且解 程中随轧制条件的变化具有非常显著的变化.在 耦以后控制对象矩阵的对角形元素特性，即控制 补偿过程参数变化方面，基于过程运行条件测量

一 一 曹建 国等 宽带钢 热连 轧机板形板厚增益调度解祸控制 高 ， 自动 调 节 带钢 原料 板 厚 偏 差 能 力较 强 ， 本 文 要研 究 的 机 架 的预 控 移 动 压 下 量 很 小 ， 可 等 同于 对 辊 缝 设 定 的调 整 故 板形 板 厚综 合 控 制研 究 的 采用 配 合 气 二的 闭环 控 制 系 统 前 馈 补偿 解祸 设 计 为 了解 决 多变 量 控 制 系统 的祸 合 问题 ， 经 常 采 用 的解 祸 设 计 方 法 有基 于 不 变性 原 理 的前 馈 补偿 综合法 、 对 角矩 阵法 、 相对 增益 法 、 状态变量 法 、 逆 曲线 法 和 特 征 曲线 分 析 法 等，一 为 了保 证 板 形 板 厚 综 合 系 统 解 祸 后 对 象 矩 阵 的对 角 形 元 素特 性 保 持 不 变 ， 解 祸 网络 支 路 个 数尽 可 能 少和 支路 数 学模 型 阶 次 更低 ， 更 有 利 于满足解 祸控 制 的实 时性 ， 本 文 采 用 前 馈 补 偿 综 合 法 由于 带钢 凸度 不 仅 是 板 形 控 制 的直 接 目标 ， 还 是控制 带钢 平 坦 度 的决定 因素 ， 因此 板 形板 厚 综合控 制系统 中 ， 操 作变量 为工 作辊弯辊 力和 轧 机 的压 下位 置 ， 被控制 变量 可 取 轧机 出 口 带钢 凸 度和 板 厚 由于在板 形 板 厚祸合控 制对 象 中研 究 的是 各量 的变 化量 ， 根据 建立 的板 形 板 厚祸合控 制 对 象 传 递 函 数 ‘ ， 可 得 系 统 前 馈 补 偿 解 祸 控 制 结构 图 ， 如 图 前馈补偿解祸 网络 △ 宙 岛 凡 夙 认 凡 矶 图 宽带钢 热连 轧机板形板厚 祸合控制对 象的前馈补 偿解祸结构 图 馆 · 加 由前馈 补 偿 综 合 法 知 一 从 一 主 通道 的特 性保 持不 变 总之 ， 实现 了解 祸控制 ， 使 得 板 形 控 制 系 统 和 板 厚 控 制 系 统 成 为两 个 独 立 的系 统 ， 可 分 别 进 行 控 制 结 合 板 形 设 定 的解 祸 控 制 ‘ ， 达 到 板 形 板 厚 综 合 控 制 的 目的 韶黯 即解 祸控 制 器 为 “ 一 几 “ 一 十 三丛 一 一 一 人汤 。 卫鱼丛丛之 一 赫 咔人肠凡 赫 式助 。 。 人‘ 一缝卫一一 人‘ 凡 九寿十 更 生 。 几‘ 赫 ﹄踩肖 由式 知 ， 采 用 前 馈 补 偿 综 合 法 ， 增 加 解 祸 网络 后 ， 板 形 板 厚 祸合 控 制对 象 的操 作变量 和 被 控制 变量 的传 递 函数矩 阵变成 了对 角 阵 ， 补 偿 了 祸 合 支 路 的影 响 ， 即抵 消 了过程 的关 联 而 且 解 祸 以后控 制对 象矩 阵 的对 角形 元 素特 性 ， 即控制 板形板 厚 增 益 调 度解祸 控制 宽带 钢 热连 轧 机是 按 轧制 单 位 组 织 生产 ， 其 车制 条件 的变 化 不 仅 体 现 在 不 同于 冷 轧 生 产 的 显 著轧辊 磨损和 热 胀 ， 还 表 现 为轧制 单位 的种 类 纷繁和 一 个 轧制单位 内带钢 规 格 的复杂 多变 具 体 工 业 轧 机 的板 形 板 厚 祸 合 特 性 随 实 际 轧 制 生 产 条 件 的多变 而 变 化 ，，， 以 热 连 轧机 轧 制 的一 个 轧制 单位 卷 计 带钢 为例 ， 得 到 该 轧 制 单 位 内 机 架 祸 合 特 性 参 数 的变 化 ， 如 图 由图 知 ， 板 形 板 厚 祸 合 特 性 参 数在 轧制 过 程 中随轧制条 件 的变 化 具 有 非 常显 著 的变化 在 补偿 过程参数 变化 方 面 ， 基 于 过 程 运 行 条件测 量

360 北京科技大学学 报 2003年第4期 6 4 M 2 Mo 知 0 40 80 120 0 90 80 120 轧制带钢序号 轧制带钢序号 20 250 200 15 150 100 K +O 50 40 80 120 40 80 120 轧制带钢序号 轧制带钢序号 25 20 图21700mm热连轧机一个轧制单位内板形板厚耦合特 性参数的变化F7机架) Fig.2 Variation of decoupling technological parameters for the combined shape and gauge control system in 1700 mm hot strip mill (stand F7) 中Kw 40 80 120 轧制带钢序号 的增益调度控制是一种十分有效的技术，为了 对于具体工业轧机而言，可通过建立增益调 实现具有适应性质的板形板厚解耦控制，可以采 度函数集来计算板形板厚综合系统研究的耦合 用板形板厚增益调度解耦控制，如图3，即通过建 特性参数M,M,O,K,和Kw,其中难以确定的弯 立增益调度函数集，以根据板形板厚实时轧制工 辊力纵向刚度M可采用经过工业轧机实践检验 艺参数形成板形板厚耦合特性参数集，用来动态 的多体接触二维变厚度有限元方法四建立有限 调整前馈补偿解耦控制器参数，使其适应系统耦 元模型进行数值求解，M,O,K,和Kw根据过程数 合特性的变化 学模型并结合实测数据确定例，可方便建立其增 控制器参数 系统运行参数 益调度函数集.M的增益调度函数集建立过程 增益调度表 为：①采集工业轧机的材质、带钢宽度、厚度、轧 制力、弯辊力、轧制速度等参数，并计算出机架间 指令 控制 信号 带钢厚度，确定不同材质带钢的累计单位宽度轧 信号 输出 控制器 过程 制压力和出口厚度关系曲线：②在轧制过程中实 行“紧急停机”，完成轧件的整体取样，测量7个 机架轧制变形区前后14个带钢横向厚度分布， 图3宽带钢热连轧机板形板厚增益调度控制系统框图 并配套测量相应的轧辊辊形和辊温分布，同时记 Fig.3 Gain scheduling decoupling control block diagram 录轧制工艺参数，确定有限元模型计算参数：③ of the combined shape and control in hot strip mill

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 ‘ 期 尸 、 日 日 毫 岁 侧二， 区 但 添 只 靡 韧 八‘ 叫卜 五‘ 峙，‘月 ︵口州 · 侧但瑞只宾一祷︸︸咬乙己 轧制带 钢 序 号 轧制带钢 序号 ‘几 ︸八曰、、︵﹃︸﹃ ︵ ︸侧尽握只露解︸洲︾又云已日 小 叫卜 ，，几 ︸工︶亡、﹃ 户昌 · 侧刘︸铡塞举︾巴芝 轧 制带钢 序 号 轧制 带钢 序 号 图 热连 轧 机 一 个轧制 单位 内板形 板厚 祸合特 性参数 的变 化伊 机架 血 恤 叫卜 曰 口亡工‘﹃ ︵日 · 侧但娜只窦韧二︾︸义 一一 占 ‘ ‘ ‘ 一 一 轧 制带钢 序号 的增 益 调 度 控 制 是 一 种 十 分 有 效 的技 术〔 为 了 实现 具 有适 应 性质 的板 形 板 厚解祸控 制 ， 可 以采 用 板 形 板 厚 增益 调度 解 祸控 制 ， 如 图 ， 即通 过建 立 增 益 调 度 函数集 ， 以根据 板形 板 厚 实时 轧 制 工 艺参 数 形 成 板 形 板 厚 祸 合特 性 参 数 集 ， 用 来 动 态 调 整前馈补偿 解 祸控 制器 参数 ， 使其适 应 系统 祸 合特性 的变 化 控制器参数 系统运行参数 增益调 度表 指令 信号 控制 信号 输出 控制器 过程 图 宽带钢 热连轧机板形 板厚增 益调 度控制系统框 图 哈 川 对 于 具 体 工业 轧机 而 言 ， 可 通 过 建立 增 益 调 度 函 数 集 来 计 算 板 形 板 厚 综 合 系 统研 究 的祸 合 特 性 参 数 ， 人‘ ， ， 和 ， 其 中难 以确 定 的弯 辊 力 纵 向刚度人凡 可 采 用 经 过 工 业 轧 机 实践检验 的 多 体接 触 二 维 变 厚度 有 限元 方 法 ‘川 建立 有 限 元 模 型 进 行 数 值 求 解 ， 赫 ， ， 和 根 据 过 程 数 学模 型 并 结合 实测 数 据 确 定 ，，， 可 方 便 建 立 其 增 益 调 度 函 数 集 人‘ 的 增 益 调 度 函 数 集 建 立 过 程 为 ① 采 集 工 业 轧 机 的材 质 、 带钢 宽度 、 厚 度 、 轧 制 力 、 弯 辊 力 、 轧制 速度 等 参 数 ， 并计 算 出机 架 间 带 钢 厚 度 ， 确 定 不 同材质 带钢 的累计 单位 宽度 轧 制 压 力 和 出 口 厚度 关 系 曲线 ②在 轧制 过程 中实 行 “ 紧 急停机 ” ， 完成 轧件 的整 体 取 样 ， 测 量 个 机 架 轧 制 变 形 区 前 后 个 带钢 横 向厚 度 分 布 ， 并配 套测 量 相应 的轧 辊辊 形 和 辊温分布 ， 同时记 录 轧 制 工 艺 参 数 ， 确 定 有 限元 模 型 计 算参 数 ③

Vol.25 No.4 曹建国等：宽带钢热连轧机板形板厚增益调度解耦控制 361· 根据前面采集、计算确定的材质、规格、轧辊几何 形板厚增益调度解耦控制方法实现具有适应性 尺寸、轧辊综合辊形、轧制力、弯辊力等参数利用 质的板形板厚解耦控制，建立的增益调度函数集 建立的弯辊力纵向刚度有限元模型计算不同材 已在大型工业轧机得到验证与应用 质各机架的M;④根据计算的Mw,分类确定不 同机架的M,计算函数，得到理论的增益调度函 参考文献 数集：⑤确定理论确定的M计算函数，采集最近 1曹建国，张杰，陈先霖，等.热轧带钢板形板厚综合 的轧制工艺参数计算确定Mw,对照有限元理论 控制系统的耦合关系[刀.北京科技大学学报，2000， 计算值，完善M函数：⑥完成以上离线模拟后， 22(6):551 在过程控制机上编程投入在线测试，记录实际的 2曹建国，张杰，陈先霖，等.宽带钢热连轧机板形设 定的解耦与应用[).钢铁，2001,36(4)：42 辊缝调节量并进行动态轧制过程中实时数据采 3 Adams D W.An thickness profile gauge for hot strip [A]. 样，以确保解耦投入后的辊缝补偿量适当，不会 Proceedings of 2nd Symposium of Measurement and 严重影响轧机的正常生产：⑦模型装机调试运 Control of Strip Shape [C].Beijing,1999 行，轧制过程中继续进行实时数据采样，并记录 4刘玠，孙一康.带钢热连轧计算机控制M.北京：机 轧制带钢的操作工的辊缝干预量、轧制力预报精 械工业出版社，1997 度和带钢厚度偏差分布，进而调整和完善模 5刘晨晖，多变量过程控制系统解耦理论.北京： 型；⑧模型稳定运行取得明显效果后，投入工业 水利电力出版社，1984 6王永初.解耦控制系统M).成都：四川科学技术出 应用.结合实际研制的解耦模型，根据以上建立 版社，1985 的增益调度函数集计算确定的耦合特性参数得 7金以慧，过程控制[M.北京：清华大学出版社，1993 以在1700mm热连轧机成功投入工业运行，取得 8何克忠，李伟，计算机控制系统.北京：清华大学 了轧制力预报精度和带钢厚度高精度命中率明 出版社，1998 显提高、轧制过程更加稳定的实际效果. 9曹建国，张杰，陈先霖，等，热轧带钢板形板厚耦合 特性变化机理与参数求解[).北京科技大学学报， 3结论 2001,23(5):452 l0Astr6mKJ,Wittenmark B.自适应控制[M].李清泉译， (I)结合工业轧机实际控制系统，通过分析板 北京：科学出版社.1992 形板厚综合控制系统特性，采用前馈补偿综合法 II Chen Xianlin,Zou Jiaxiang.A specialized finite element 实现动态轧制过程的板形板厚解耦控制. model for investigating controlling factors affecting be- (2)板形板厚耦合特性参数在轧制过程中随 haviour of rolls and strip flatness [A].Proceedings of 4th 轧制条件的变化具有非常显著的变化，可采用板 International Steel Rolling Conference [C].Deauville, 1987 Gain Scheduling Decoupling Control for the Combined Shape and Gauge Control System in Hot Strip Mills CAO Jianguo",ZHANG Jie",CHEN Xianlin,WEI Gangcheng",HUANG Siqing,XIN Weimin 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Hot Strip Mill Plant,Wuhan Iron and Steel Company,Wuhan 430083,China ABSTRACT Automation systems for strip rolling mills are continuously being improved for the production of strip with high quality and low scrap loss.It is important to establish a process control system for the combined shape and gauge control system in hot strip rolling.The decoupling network for the multivariable system was designed based on the principle of feedforward compensation by considering the characteristics of the combined system.The decoupling single variable system has the characteristics of main channel of the plant.Considering the decoupling technological parameters of the 1 700 mm hot strip mill at Wuhan Iron and Steel Company,which vary widely with the rolling condition,gain scheduling decoupling control was developed for application in hot rolling.The devel- oped mathematical model with library functions for gain scheduling is introduced and approved to be effective and has been applied in the production mill. KEY WORDS hot rolling mill;strip;shape control;decoupling;combined shape and gauge control

匕 曹建 国等 宽带钢 热连轧机板形板 厚增益 调 度 解 祸控制 根据 前面采集 、 计算确 定 的材质 、 规格 、 轧 辊 几何 尺 寸 、 轧 辊 综合辊形 、 轧制 力 、 弯辊 力 等 参 数利用 建立 的弯辊力纵 向刚度有 限元 模 型， 计算不 同材 质 各 机 架 的入‘ ④ 根 据 计 算 的人‘ ， 分 类 确 定 不 同机架 的人‘ 计 算 函 数 ， 得 到 理 论 的增 益 调 度 函 数集 ⑥确 定理 论确 定 的五右 计 算 函数 ， 采集 最 近 的轧制 工 艺 参 数计 算确 定刀谕 ， 对 照 有 限元 理 论 计 算值 ， 完 善人‘ 函数 ⑥ 完 成 以上 离线模 拟 后 ， 在 过程控制机上 编程投入 在线测试 ， 记 录 实际 的 辊 缝 调 节 量 并进 行 动 态 轧 制过 程 中实 时数 据 采 样 ， 以确 保解 祸投 入 后 的辊 缝 补 偿 量 适 当 ， 不会 严 重 影 响 轧 机 的 正 常 生 产 ⑦ 模 型 装 机 调 试 运 行 ， 轧制 过程 中继 续进 行 实 时数 据采 样 ， 并记 录 轧制带钢 的操作工 的辊缝干 预 量 、 轧制力 预 报 精 度 和 带钢 厚 度 偏 差 分 布 ， 进 而 调 整 和 完 善 模 型 ⑧模型稳定运 行 取 得 明显 效果 后 ， 投 入 工 业 应用 结合 实际研 制 的解 祸模型 ， 根据 以上 建立 的增 益 调 度 函 数 集 计 算 确 定 的祸 合 特 性 参 数 得 以在 热连 轧机成 功投 入 工 业运 行 ， 取 得 了轧 制 力预 报 精 度 和 带 钢 厚 度 高精 度 命 中率 明 显 提 高 、 轧 制 过 程 更 加 稳 定 的实际效 果 形 板 厚 增 益 调 度 解 祸 控 制 方 法 实现 具 有适 应 性 质 的板 形 板 厚解 祸 控 制 ， 建 立 的增益 调 度 函数集 已 在大 型 工 业 轧机 得到验 证 与应 用 参 考 文 献 结 论 结合 工业 轧机 实际控制 系统 ， 通 过 分析板 形 板厚综合控制 系统特性 ， 采用 前馈补偿 综合 法 实现 动 态 轧制 过程 的板 形 板 厚解 藕 控 制 板 形 板 厚祸 合特 性参数在轧 制过程 中随 车制 条件 的变化 具有 非常显 著 的变化 ， 可 采用板 曹建 国 ， 张杰 ， 陈先霖 ， 等 热 轧带钢 板形板厚综合 控制 系统 的祸合 关系 北 京科 技 大 学学报 ， ， 曹建 国 ， 张杰 ， 陈先 霖 ， 等 宽带钢 热连 轧机板形 设 定 的解 藕与应 用 钢铁 ， ， 【 ， 刘价 ， 孙 一康 带钢 热 连 轧计算机控制 北 京 机 械工 业 出版社 ， 刘 晨 晖 多变量 过程控制 系统解 祸 理 论 【 』北京 水 利 电力 出版社 ， 王 永初 解祸控制 系统 【 」成 都 四川科学技术 出 版 社 ， 金 以慧 过程 控 制 北 京 清华 大学 出版社 ， 何 克忠 ， 李伟 ， 计 算机控制 系统〔明 北 京 清华大学 出版社 ， 曹建 国 ， 张杰 ， 陈先霖 ， 等 热轧 带钢板 形板 厚藕合 特性 变化机理 与参 数求解 北 京科技大学学报 ， ， 咐 ， 钻 自适应控制【 」李清泉译 北 京 科 学 出版 社 ， 初助 月笼 ， 口 五口刀圳 ， 乙队咬刃 ， 月五刃 刀口 ， 环公 口刀邵 丫 ， 万 才刃 梦 ， 刀浑 肠 刀 运 旧 ， 七 ， ， ， 丫 妇 出 ， 找 七 朴刀 户浑 ， ， 叭几由 田了 ， 娜 加 月贻 即 飞