热连轧活套系统分析与控制方式比较

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2000.05.023 第22卷第5期 北京科技大学学报 Vol.22 No.5 2000年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct2000 热连轧活套系统分析与控制方式比较 何虎孙一康 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要对热连轧过程中的活套系统进行了分析，对几种活套控制方式进行了比较，对AGC (自动厚度控制)系统和活套控制系统进行综合设计，提出了一种新的控制方式.仿真结果证明 了方法的有效性，可进一步提高热连轧过程的成品质量， 关键词热连轧：活套：AGC 分类号TP273.3 文献标识码：A 要保证热连轧过程顺利进行，各机架在单 钢质量和活套质重，活套传动电动机应输出的 位时间内的秒流量必须相等，否则会导致拉钢 重力力矩.这样，在活套摆臂的转角变化时，从 或堆钢.在实际轧制过程中影响机架间张力的 静态角度看，张力控制系统设定并保持带钢的 工艺参数很多（如压下量、轧制压力、轧制力矩、 张力为恒值：但从动态角度看，由于活套臂的惯 轧制速度和前滑等)，不可能完全做到绝对无张 性，张力将发生波动.控制框图如图1所示， 力轧制，但在热连轧生产中，过大的张力会影响 产品质量，因此，热连轧机应在小张力下轧制. 活套高度 MAIN 热连轧系统大多采用活套装置，通过其缓 控制器 ASR 冲作用来吸收咬钢过程中形成的套量，并保持 活套系统 恒定的小张力控制.相应的自动控制部分称为 电流给定 (」活套电流 活套高度控制和张力控制.活套控制的性能好 c,计算模块 控制器 M 坏直接影响产品的质量和生产的稳定性，然而， 活套高度和张力控制之间存在着耦合现象；此 外，活套控制系统还与其他控制系统，如AGC 图1传统PI控制方式 系统之间存在着相互作用.这使得活套的控制 Fig.1 Conventional PI control method 比较复杂.到目前为止，已发展了多种活套控制 方式，如传统PI控制和NIC(无相互作用控制) 图中，8：和：分别为活套高度和张应力设 等.本文提出了一种新的控制方式，仿真结果证 定值：8，和σ，分别为活套高度和张应力输出值； 明了其有效性. M为活套电机转矩；为轧机出口速度，MAN ASR为轧机主速度调节器；∫：为前滑；中为转矩 1 传统PI控制方式 常数.可以看出，传统的活套控制方式将高度控 制和张力控制作为2个独立的子系统来研究， 传统的PI控制方案中，活套高度控制通过 没有对活套高度和张力之间的相互作用进行解 机架主传动构成闭环控制，是一个电流内环、速 耦控制：而且，没有将张力信号进行反馈，张力 度次外环、位置（套量）外环的三环控制系统.活 控制是开环控制，系统抗扰性能差， 套高度控制器是常规的PI控制器.张力控制则 根据带钢断面和给定的带钢单位张力，以及活 2NIC及其改进方式 套转角传感器检测的活套摆臂的转角，得出这 针对传统控制方式中存在的问题，发展了 一转角下活套传动电动机应输出的张力力矩： NC(无相互作用控制)方式.其控制框图如图2 同时，根据带钢断面得出这一转角下为平衡带 所示.NIC控制方式与PI控制方式的区别有以 2000-03-17收稿何虎男，27岁，博士 下3点：

第 2 卷 第 5期 2 0 0 年 1 0月 北 京 科 技 大 学 学 报 OJ u nr . l o f U n挑 sr iyt o f cs el n ec a n d l尧` h n o】例岁 B eij ni g 、 勺 1 . 2 2 N O 一 5 O C t 2 0 0 热连轧活套系统分析与控制方式 比较 何 虎 孙一康 北京科技大学信 息工程学院 , 北京 10() 0 8 3 摘 要 对 热连 轧过程 中 的活套 系统进 行 了分析 , 对几 种活 套控 制方 式进 行 了 比较 . 对 A G C ( 自动 厚度控 制 )系统和 活套 控制 系统 进行 综合设 计 , 提 出了一种 新 的控制 方式 . 仿真 结果 证 明 了方法 的有效 性 , 可 进一 步提 高热连 轧 过程 的成 品质量 . 关键 词 热连 轧 ; 活套 ; A G C 分 类号 PT 2 73 3 文献标 识码 : A 要保 证热连轧 过程顺利进 行 , 各机架 在单 位 时 间 内的秒流 量必 须相 等 , 否则 会 导 致拉钢 或 堆钢 . 在 实际 轧制过 程 中影 响机 架间张力 的 工 艺参数很 多 ( 如压下 量 、 轧制压力 、 轧制力矩 、 轧制速度和前滑等 ) , 不可能完全做到绝对无张 力轧制 , 但在热连轧生产 中 , 过大的张力会 影 响 产 品质量 , 因此 , 热连 轧机应在小 张力下 轧制 【1] . 热连轧系 统大多采用 活套装置 , 通过其缓 冲作用来 吸收咬钢 过程 中形成 的套 量 , 并保持 恒定 的 小张力控制 . 相 应 的 自动控 制部分称 为 活套 高度 控制和张力控 制 . 活 套控制 的性 能好 坏直接影响 产品 的质量和 生产 的稳 定性 . 然而 , 活套 高度 和 张力控制之 间存在着祸 合现象 ; 此 外 , 活套 控制系统还 与其 他控制系 统 , 如 A G C 系统之 间 存在着相 互作 用 . 这 使得活套 的控 制 比较复杂 . 到 目前 为止 , 已 发展 了多种活 套控制 方式 , 如传 统 IP 控制和 N IC ( 无相互作用 控制 ) 等 . 本文提 出 了 一种新 的控制方式 , 仿真结果 证 明 了 其有效性 . 钢 质 量和 活套 质重 , 活 套传动 电动 机应输 出 的 重力 力矩 . 这 样 , 在活套 摆臂 的转 角变化 时 , 从 静态 角度看 , 张力控制 系统设 定并保持带钢 的 张力为恒值 ; 但从动 态角度看 , 由于活套臂的惯 性 , 张力将发 生波动 . 控制框 图如 图 1 所 示 . 活 1丫 套 . 活套 高茸 M A NI 系 控制器 } A SR 统 . 活控套制 电器流 · 沪 图 1 传统 IP 控制方式 F论 . 1 C o n v e o iot n a l P l co n t or l m d h od 1 传统 P l 控制方式 12 传统 的 lP 控制方案 中 , 活套高度控 制通过 机架主传动构成闭环控制 , 是一个 电流 内环 、 速 度次外环 、 位置 ( 套量 ) 外环的三环控 制系统 . 活 套 高度 控制器是常规 的 IP 控制器 . 张力控制则 根据 带钢断面和 给 定的带钢 单位张力 , 以及活 套转 角传感器检测 的 活套摆 臂的 转角 , 得 出这 一转 角下 活套传 动 电动 机应输 出的张力力矩 ; 同 时 , 根据带钢 断面得 出这 一 转角 下 为平衡带 2 0 0 0 一 0 3 一 17 收稿 何 虎 男 , 2 7 岁 , 博 士 图中 , 0r ` 和 氏 ` 分别 为活套 高度和 张应力设 定值 ; 已和 al 分 别为活套高度和 张应力输 出值 ; 肠 为活套 电机 转矩 ; vl 为轧机 出 口 速度 ; M峨刀呵 A S R 为轧机主速 度调 节器 ; f , 为前滑 ; 价为转矩 常数 . 可 以看出 , 传统 的活套控制方式将 高度控 制和 张力控制 作为 2 个 独立 的子系统 来研究 , 没有对活套高度和张力之 间的相互作用进行解 祸控制 : 而且 , 没 有将张力信 号进行 反馈 , 张力 控制是 开环控制 , 系 统抗扰性 能差 . 2 N I C 及其改进方 式 针对传 统控制方式 中存在 的问题 , 发 展 了 NI C ( 无相互作用控制 ) 方式 . 其控制框 图如 图 2 所示 . NI C 控 制方式与 IP 控制方 式的区 别有 以 下 3 点 : DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2000. 05. 023

VoL.22 No.5 何虎等：热连轧活套系统分析与控制方式比较 ·483 (1)通过使用张力检测仪表获得张力，并将 统必须快速响应，这使得AGC和活套之间的矛 张力信号反馈，提高了张力控制的效果. 盾越来越突出.因此，本文拟对AGC系统和活 套控制系统进行综合设计，提出一种新的控制 活套张 控 方式，以进一步提高活套控制的效果. g 器 MAIN 1+f 由轧制理论的分析可知，轧机变形区内的 ASR 活套 活套系统 工艺参数表现为一系列的非线形函数关系，在 热连轧的调节过程中，轧机的工艺参数在一微 B. 控制器 度 套 小范围（以工作点为基准）内变化时，可以对压 器 制器 M 力函数、前滑后滑函数等进行线性化.这样处理 解耦控制器 速 流 对于轧制过程的仿真和控制都有足够的精度， 并使控制系统的设计简单化， 图2NIC方式 AGC-LP控制系统考虑如下的方程. Fig.2 NIC (Noninteracting control)method (1)带钢出口厚度变化（第i机架），即弹跳 (2)调节主电机速度来控制活套张力，调节 方程 活套电机来控制活套高度(PI控制与此相反). Ah=△S+光 (1) (3)通过使用活套高度-张力补偿（解耦）控 制器，消除了两者之间的相互作用（活套系统高 式中，h是带钢出口厚度，S是辊缝，P是轧制力， 度与张力间的耦合关系可参见图3中的相应部 C是轧机的刚性系数，△表示与设定值的偏差， 分). i是机架的编号， 图中，ω：为活套电机转速，H1~Hm为解耦控 (2)轧制力(P)变化（第i机架） 制器参数，其他参数同图1.NIC控制方式与PI P-(ah) △a+△Pa: (2) 控制方式相比，可以获得较好的控制效果.但 式中o,是第i机架和第i+1机架间的张应 是，由于活套系统的外扰作用于张力回路，NIC 力（单位张力），△P:是带钢入口厚度变化和带钢 控制方式在消除高度和张力间的相互作用的同 温度变化等而产生的轧制力干扰，*表示稳定 时，也失去了通过高度控制来减弱张力扰动对 值（或设定值）.因为-∂P/∂h是带钢的刚性系 系统影响的可能性，为进一步提高控制效果，提 数，下面就用2来表示 高活套系统性能，Hiroyuki Imanari提出了基于 (3)后滑（中）变化（第i+1机架） H“控制理论的活套控制系统)，从系统稳定性 的角度出发来解决IC控制方式的不足，控制 pn-(）)aa (3) (4)前滑(f)变化（第i机架） 效果优于NIC控制方式. A(A()ASA (4) 3AGC-LP综合控制方式的提出 式中，△f是带钢入口厚度变化对前滑的影响. (5)带钢入口速度(=)变化（第i+1机架） 虽然通过对NIC控制方式的改进，取得了 △y1=(1+pi)△y++yR1△中1 (5) 较优的控制效果，但并没有从根本上消除引起 式中，是轧辊的圆周速度.若以后一架轧 带钢张力波动的原因，活套控制系统和其他系 机作为精轧机速度控制的标准机架，则 统，尤其是AGC系统之间存在相互作用.当 AGC调节辊缝时，带钢出口厚度将发生变化： △V+:=0. (6)带钢出口速度(voπ)变化（第i机架） 同时，压下量的变化将引起前滑后滑、力矩及主 传动电机的转速发生变化，因而使带钢的出口 △oT=(1+)△vg+R:△f (6) 速度和入口速度发生变化，进而导致带钢张力 (7)张应力(o)的变化（第i机架） 发生波动.反之，带钢张力的波动影响到轧制 第i和第计1机架间的张应力变化可以用 带钢的带速差和活套的角速度变化来表示， 力，进而使机架的弹跳和带钢出口厚度发生变 化.此外，由于热连轧电动压下装置逐渐为液压 是Aa,={n哥A9+asn-△a元) (7) 压下所取代，AGC系统的快速调节要求活套系 并注意到：△aM-8△A (8)

2 5 第 卷 第 期 2 年 月 1 0 0 0 北 京 科 技 大 学 学 报 O J u r n . l o a y e e r l l f f i s s 挑 尧` o d t n n n c c U h 】例岁 o n B e i j i g n 、 勺 1 . O 2 2 N 一 5 O 2 C t 0 0 热连轧活套系统分析与控制方式 比较 何 虎 孙一康 北京科技大学信 息工程学院 , 北京 10() 0 8 3 摘 要 对 热连 轧过程 中 的活套 系统进 行 了分析 , 对几 种活 套控 制方 式进 行 了 比较 . 对 A G C ( 自动 厚度控 制 )系统和 活套 控制 系统 进行 综合设 计 , 提 出了一种 新 的控制 方式 . 仿真 结果 证 明 了方法 的有效 性 , 可 进一 步提 高热连 轧 过程 的成 品质量 . 关键 词 热连 轧 ; 活套 ; A G C 分 类号 PT 2 73 3 文献标 识码 : A 要保 证热连轧 过程顺利进 行 , 各机架 在单 位 时 间 内的秒流 量必 须相 等 , 否则 会 导 致拉钢 或 堆钢 . 在 实际 轧制过 程 中影 响机 架间张力 的 工 艺参数很 多 ( 如压下 量 、 轧制压力 、 轧制力矩 、 轧制速度和前滑等 ) , 不可能完全做到绝对无张 力轧制 , 但在热连轧生产 中 , 过大的张力会 影 响 产 品质量 , 因此 , 热连 轧机应在小 张力下 轧制 【1] . 热连轧系 统大多采用 活套装置 , 通过其缓 冲作用来 吸收咬钢 过程 中形成 的套 量 , 并保持 恒定 的 小张力控制 . 相 应 的 自动控 制部分称 为 活套 高度 控制和张力控 制 . 活 套控制 的性 能好 坏直接影响 产品 的质量和 生产 的稳 定性 . 然而 , 活套 高度 和 张力控制之 间存在着祸 合现象 ; 此 外 , 活套 控制系统还 与其 他控制系 统 , 如 A G C 系统之 间 存在着相 互作 用 . 这 使得活套 的控 制 比较复杂 . 到 目前 为止 , 已 发展 了多种活 套控制 方式 , 如传 统 IP 控制和 N IC ( 无相互作用 控制 ) 等 . 本文提 出 了 一种新 的控制方式 , 仿真结果 证 明 了 其有效性 . 钢 质 量和 活套 质重 , 活 套传动 电动 机应输 出 的 重力 力矩 . 这 样 , 在活套 摆臂 的转 角变化 时 , 从 静态 角度看 , 张力控制 系统设 定并保持带钢 的 张力为恒值 ; 但从动 态角度看 , 由于活套臂的惯 性 , 张力将发 生波动 . 控制框 图如 图 1 所 示 . 活 1丫 套 . 活套 高茸 M A NI 系 控制器 } A SR 统 . 活控套制 电器流 · 沪 图 1 传统 IP 控制方式 F论 . 1 C o n v e o iot n a l P l co n t or l m d h od 1 传统 P l 控制方式 12 传统 的 lP 控制方案 中 , 活套高度控 制通过 机架主传动构成闭环控制 , 是一个 电流 内环 、 速 度次外环 、 位置 ( 套量 ) 外环的三环控 制系统 . 活 套 高度 控制器是常规 的 IP 控制器 . 张力控制则 根据 带钢断面和 给 定的带钢 单位张力 , 以及活 套转 角传感器检测 的 活套摆 臂的 转角 , 得 出这 一转 角下 活套传 动 电动 机应输 出的张力力矩 ; 同 时 , 根据带钢 断面得 出这 一 转角 下 为平衡带 2 0 0 0 一 0 3 一 17 收稿 何 虎 男 , 2 7 岁 , 博 士 图中 , 0r ` 和 氏 ` 分别 为活套 高度和 张应力设 定值 ; 已和 al 分 别为活套高度和 张应力输 出值 ; 肠 为活套 电机 转矩 ; vl 为轧机 出 口 速度 ; M峨刀呵 A S R 为轧机主速 度调 节器 ; f , 为前滑 ; 价为转矩 常数 . 可 以看出 , 传统 的活套控制方式将 高度控 制和 张力控制 作为 2 个 独立 的子系统 来研究 , 没有对活套高度和张力之 间的相互作用进行解 祸控制 : 而且 , 没 有将张力信 号进行 反馈 , 张力 控制是 开环控制 , 系 统抗扰性 能差 . 2 N I C 及其改进方 式 针对传 统控制方式 中存在 的问题 , 发 展 了 NI C ( 无相互作用控制 ) 方式 . 其控制框 图如 图 2 所示 . NI C 控 制方式与 IP 控制方 式的区 别有 以 下 3 点 :

·484· 北京科技大学学报 2000年第5期 式中E是带钢弹性模量，L是第i机架到第计1 和AGC系统之间的耦合关系.整个AGC-LP系 机架间的距离，8是活套角，ω是活套电机的角 统是一个三输入三输出的多变量系统. 速度，L是活套角度与机架间带钢长度的换算 图中，△h,△0，和△o,分别为带钢出口厚 系数，g为减速比 度、活套高度和张应力的输出值变化量；△S、 将(3)(6)及(8)式代入(7)式，化简后的张 △：和△w:分别为轧机辊缝、轧辊圆周速度和 应力变化公式为： 活套电机转速的设定值变化量：中为转矩常数. 其他参数说明见式(1)(15)， Ta gi )astavm (9) 4AGC-LP多变量控制设计与仿真 式(9)中K,T和△va的定义如下： (10) 设图3AGC一活套系统框图中的活套高 度控制器为PI控制器，参数为K和T,即 Koi To=Er (11) Gp(s)-K:(1+TiS) S △a=-R△fi (12) 设s)为PI控制器的积分环节： (8)活套运动方程（第i机架） I(s)/[o.s)-w(s)]=K/S (16) J△o,=△M-L1A,△a (13) 从前面所论述的系统模型可知，热连轧各 式中J为活套的转动惯量，M为活套电机转矩， 机架的状态方程可以用下面的方程组表示（省 A为机架间的带钢横截面积. 略机架号)： (9)压下位置控制（第i机架） [)=Ar(t)+B() 8=-As不A d 1 (17) (14) y)=C) 式中的x(),4(),)分别为： 式中S,是指令压下量，Tv是时间常数. t)=△S,△yR,△a,△0，△w,△T (10)主电机速度控制(ASR:自动速度调节 )=[△h,△a,△9] (18) 器)（第i机架） a()=[△S,△V,△o,Jr 是Aw=△w太△= 相应各矩阵如下： 1(△a-△） TAS (15) 0 00 0 0 式中R是轧辊圆周速度，TAs是ASR的时间常 数. 1 0 TASR 00 0 0 AGC-LP系统框图如图3所示，从图中可 看出活套高度控制和张力控制之间，活套系统 ( -K(1+f) 1 0 K Le 0 Ta T. gT. 压下装置 0 0 0 1 0 △S 1+STv △h 0 △P △P 0 da, 00-K 0 MAIN 轧机系统 0 ASR 0 △Ri T △Vkri 1 1+ 1 1+S TAsx. 1+ST. △0， 0 0 △va TASR A.Lv 活套系统 B= 0 0 0 △t △M 0 0 0 活套转速 1SI 控制器 △0 0 0 K:T 图3AGC-LP系统框图 0 0 K Fig.3 Scheme of AGC-LP system

北 京 科 技 大 学 学 报 20 0 年 第 5期 式 中 E 是 带钢 弹性模 量 , L 是第 i 机架 到第 +1 1 机 架 间 的距 离 , 0 是活 套角 , 。 是活 套 电机 的角 速 度 , 岛是活套 角度与机 架 间带钢 长度 的换算 系数 , g 为减速 比 . 将 ( 3卜 ( 6 ) 及 ( 8 ) 式代 入 ( 7 ) 式 , 化简后 的 张 应力变 化公 式为 : d ` - 二 , O 仄 0了 一资阮资{普 “ O, ` 一“ 了 , “ ’ 一 、 (器) ` “ +s, “ 、 / 1 } 和 A G C系统之 间的祸合 关系 . 整个 A G C一 P系 统是一个 三输入 三输 出的多变量系统 . 图 中 , △八 , △叹和 △氏 分别 为 带钢 出 口 厚 度 、 活 套高度和 张应 力的输 出值变 化量 ; △ rS ` 、 △ vzR ` 和 △以 , 分别 为 轧机辊 缝 、 轧辊 圆 周速 度和 活套 电机转 速的设定 值 变化量 ; 价为转 矩常数 . 其他参数 说 明见 式 ( 1) 代 15 ) . (9) 4 A G C - L P 多变量控制设计与仿真 式 (9 )中凡 , 兀和 △巧 的定义 如下 : 、少. , 产、夕. 01 , 了 l . 且. `1.1 了 ` 了、、.. 凡 , 二 了 为 工 、 f … _ 一 `了 为爪 、 I LJ , 矛 1 , U甲什 1 1 设 图 3 A G C — 活 套系统框 图 中的活套高 度控制器 为 IP 控制 器 , 参数 为 凡 和 不 , 即 ~ L ` , , l 。 广 = 气幼入 。 乙 i G P , s( ) = 戈 (卜不习 S △玫 * , = 一 v 轰 ,△关 , ( 8) 活 套运动方 程 ( 第 i 机架 ) 试△口` 二 △从一 L 。` A ,△氏 ( 13 ) 式 中 J 为活套 的转动惯量 , M 为活套 电机 转矩 , A 为机架 间的带钢 横截 面积 . (9 ) 压下 位置控 制 ( 第 i 机架 ) d ` _ 1 ` _ l 岑一△凡 = 一一卜△况+ 言决 ~ 共一 l( 4 、 dr 一 ` vT 尸 一 ` ’ vT i△ rS ` 妙一 , 式 中 rS 是 指令压 下 量 , vT 是 时 间常数 . ( 1 0 ) 主 电机速度 控制 ( A SR : 自动速度调 节 器 )( 第 i 机架 ) 设 (I s) 为 IP 控制 器 的积分环 节 : s(I ) / [ 。 r ( s ) 一 。 s( )」= 凡S/ ( 16 ) 从 前面所论述 的 系统模 型 可知 , 热连 轧各 机架 的状态方程 可 以用 下 面 的方程 组表示 ( 省 略机 架号 i) : = 注城t) + B u( t) = 以t) ( 1 7 ) 式 中的 减t) , u( t) ,只t) 分别 为 : 阿t) 一 △ S, △ 氏 △生△ 0, △` , △rI] }则 一 L△” , △氏 △ “」 “ t u (t) = [△瑟 , △ VIR , △. r J 丁 ( 1 8 ) d A 万丁 凸 钱 , = U t 一 糕 “ 、 滋 瑞 △、 ` - 一澎 △残 矛一 △var 〕 相 应各矩 阵如下 : 0 式 中 v rR 是轧辊 圆周速 度 , T^ s R 是 A SR 数 . A G C 一 L P 系统 框 图如 图 3 所 示 , 看 出活套 高度 控制和 张力控制 之间 , ( 1 5) 的时 间常 0 0 0 0 从 图 中可 活 套系统 乒 0 0 0 0 1 ^ s R _ 丛 . 脸(里丫二丛业土皿 一 兀 气d s 少 兀 上兀 压下装置 器 去 沙只 刃百 入 j oK . l 1丫 1 + S 兀 ` 1 + S T^ isR 活套转速 控制器 0 0 犬菇L 。 。 - - 篇井 - U 9 1 。 1 。 — U g 月乙 e J _ 沪犬 J i不 更J 一凡 0 八“ , 1 . 。 巡 凡? l T^ s R 0 图 3 A G C - L P 系统框图 F ig . 3 S e h e m e o f A G C 一 L P yS s et m

Vol.22 No.5 何虎等：热连轧活套系统分析与控制方式比较 ·485· oocido)ooo C= 001 000 (19) 000 100 △h, △S, 采用多变量控制方法对上述系统进行控 △0 主控制器 △VRuI 制，为使控制系统有良好的抗扰性能，主控制器 AGC-活 △ 应当有积分环节.此外，采用状态反馈来消除建 △8 △u, 套系统 模误差和对象零极点漂移的影响.因此，控制向 状态反 量4形式如下： 馈F u=K(y,-y)dr+Fx (20) 图4AGC-LP多变量控制系统框图 式中，K为主控制器增益矩阵，F为反馈增益矩 Fig.4 Scheme of AGC-LP multi-variable control system 阵.设： x=[,-y),]r 来料干扰为幅值为50m的正弦波.仿真结果表 (21) i-i 明最末两机架间的张力波动幅度下降了30%， 则系统的状态方程可化为： 成品厚差稳定在40m以内. 主=+Ba (22) 使控制系统的性能评价函数(23)式最小的 5结论 控制向量由(24)式给出： 通过对AGC-LP控制系统进行综合设计， J=QRi)dr (23) 提出了一种新的活套控制方式.与传统的控制 4--RBK (24) 方式方式相比，这种方式能有效地消除AGC系 式中Q,R为正定权矩阵.矩阵K为Riccati 统与活套系统间的相互作用，从而稳定生产和 方程(25)的正定解： 提高产品质量. KA+AK-KBR-BK+Q。=0 (25) 参考文献 设矩阵K形式如下： 】刘玠，孙一康.带钢热连轧计算机控制.北京：机械 Kn Ki2 K-Ku Kn) (26) 工业出版杜，1997 2孙一康.带钢热连轧数学模型基础.北京：冶金工业 并代入(24)式得简化后的控制率为： 出版杜，1979 u=R-BK∫，-y)dt-RB'Kax (27) 3 Hiroyuki Imanari.Looper H-infinity Control for Hot Strip 控制系统框图如图4所示.图中，F为状态 Mills.in:IAS 95 Conference Record of the 1995 IEEE In 反馈矩阵；K为主控制器增益矩阵，x为系统的 dustry Applications Conference.IEEE,1995.2133 状态变量. 4杨节.轧制过程数学模型.北京：冶金工业出版社， 1993 对上述控制系统进行仿真，第一机架入口 Looper System Analysis and Control Methods Study in Hot Rolling Processing HE Hu SUN Yikang Information Engineering School,UST Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT The process of hot rolling and compares several looper control methods are studied.In order to improve the product quality,AGC system and looper control system are designed synthetically and a new control method is advanced.Simulation result proves its validity. KEY WORDS hot rolling;looper;AGC

北 京 科 技 大 学 学 报 20 0 年 第 5期 式 中 E 是 带钢 弹性模 量 , L 是第 i 机架 到第 +1 1 机 架 间 的距 离 , 0 是活 套角 , 。 是活 套 电机 的角 速 度 , 岛是活套 角度与机 架 间带钢 长度 的换算 系数 , g 为减速 比 . 将 ( 3卜 ( 6 ) 及 ( 8 ) 式代 入 ( 7 ) 式 , 化简后 的 张 应力变 化公 式为 : d ` - 二 , O 仄 0了 一资阮资{普 “ O, ` 一“ 了 , “ ’ 一 、 (器) ` “ +s, “ 、 / 1 } 和 A G C系统之 间的祸合 关系 . 整个 A G C一 P系 统是一个 三输入 三输 出的多变量系统 . 图 中 , △八 , △叹和 △氏 分别 为 带钢 出 口 厚 度 、 活 套高度和 张应 力的输 出值变 化量 ; △ rS ` 、 △ vzR ` 和 △以 , 分别 为 轧机辊 缝 、 轧辊 圆 周速 度和 活套 电机转 速的设定 值 变化量 ; 价为转 矩常数 . 其他参数 说 明见 式 ( 1) 代 15 ) . (9) 4 A G C - L P 多变量控制设计与仿真 式 (9 )中凡 , 兀和 △巧 的定义 如下 : 、少. , 产、夕. 01 , 了 l . 且. `1.1 了 ` 了、、.. 凡 , 二 了 为 工 、 f … _ 一 `了 为爪 、 I LJ , 矛 1 , U甲什 1 1 设 图 3 A G C — 活 套系统框 图 中的活套高 度控制器 为 IP 控制 器 , 参数 为 凡 和 不 , 即 ~ L ` , , l 。 广 = 气幼入 。 乙 i G P , s( ) = 戈 (卜不习 S △玫 * , = 一 v 轰 ,△关 , ( 8) 活 套运动方 程 ( 第 i 机架 ) 试△口` 二 △从一 L 。` A ,△氏 ( 13 ) 式 中 J 为活套 的转动惯量 , M 为活套 电机 转矩 , A 为机架 间的带钢 横截 面积 . (9 ) 压下 位置控 制 ( 第 i 机架 ) d ` _ 1 ` _ l 岑一△凡 = 一一卜△况+ 言决 ~ 共一 l( 4 、 dr 一 ` vT 尸 一 ` ’ vT i△ rS ` 妙一 , 式 中 rS 是 指令压 下 量 , vT 是 时 间常数 . ( 1 0 ) 主 电机速度 控制 ( A SR : 自动速度调 节 器 )( 第 i 机架 ) 设 (I s) 为 IP 控制 器 的积分环 节 : s(I ) / [ 。 r ( s ) 一 。 s( )」= 凡S/ ( 16 ) 从 前面所论述 的 系统模 型 可知 , 热连 轧各 机架 的状态方程 可 以用 下 面 的方程 组表示 ( 省 略机 架号 i) : = 注城t) + B u( t) = 以t) ( 1 7 ) 式 中的 减t) , u( t) ,只t) 分别 为 : 阿t) 一 △ S, △ 氏 △生△ 0, △` , △rI] }则 一 L△” , △氏 △ “」 “ t u (t) = [△瑟 , △ VIR , △. r J 丁 ( 1 8 ) d A 万丁 凸 钱 , = U t 一 糕 “ 、 滋 瑞 △、 ` - 一澎 △残 矛一 △var 〕 相 应各矩 阵如下 : 0 式 中 v rR 是轧辊 圆周速 度 , T^ s R 是 A SR 数 . A G C 一 L P 系统 框 图如 图 3 所 示 , 看 出活套 高度 控制和 张力控制 之间 , ( 1 5) 的时 间常 0 0 0 0 从 图 中可 活 套系统 乒 0 0 0 0 1 ^ s R _ 丛 . 脸(里丫二丛业土皿 一 兀 气d s 少 兀 上兀 压下装置 器 去 沙只 刃百 入 j oK . l 1丫 1 + S 兀 ` 1 + S T^ isR 活套转速 控制器 0 0 犬菇L 。 。 - - 篇井 - U 9 1 。 1 。 — U g 月乙 e J _ 沪犬 J i不 更J 一凡 0 八“ , 1 . 。 巡 凡? l T^ s R 0 图 3 A G C - L P 系统框图 F ig . 3 S e h e m e o f A G C 一 L P yS s et m