带钢热连轧AGC系统实时仿真

[D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2005.05.053 第27卷第5期 北京科技大学学报 VoL.27 No.5 2005年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2005 带钢热连轧AGC系统实时仿真 王正林童朝南孙一康彭开香 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要设计了基于数字信号处理器DSP的热连轧自动厚度控制(AGC)实时仿真器，建立了 调厚过程压下系统和变形区的动态模型.仿真时，仿真器实时并行地计算带钢和轧机的模型， 计算机控制系统的控制器运行AGC软件，两者通过内存映像网实时交换数据，因此通过虚拟 的对象实现了对AGC软件的实时离线调试. 关键词AGC,热连轧；实时仿真器；动态仿其；DSP;内存映像网 分类号TG334.9,TP183 1AGC系统动态仿真分析 件的离线“实时”调试，开发了含有“数字精轧机 组”的热连轧实时仿真系统（仿真器）.现代热轧 热轧带钢厚度精度一直是提高产品质量的 机为了提高控制精度普遍采用液压压下机构，动 主要目标.产生厚差的原因主要有带钢头尾部温 态响应快，AGC软件的控制周期一般为10ms.而 差、加热炉板坯生成水印以及温度随机波动，目 对动态模型进行仿真时，由于连轧机组模型的庞 前消除厚差的主要办法是采用自动厚度控制系 大和复杂使得通用的仿真方法很难在10ms内完 统(AGC).现代AGC系统一般采用多种控制算 成动态仿真的计算， 法和多种AGC综合控制手段来消除厚度误差， 本文在建立调厚过程的动态模型基础上设 如图1所示.由于AGC控制需对多台轧机的压下 计了基于数字信号处理器DSP的实时仿真系统， 进行闭环控制，因此目前对AGC控制软件的调 实时地对调厚过程进行动态仿真，仿真结果实时 试只能在热负荷试车后进行（需通过轧制轧件来 地反馈到实际控制器中，能方便无风险地对AGC 调试)，这延长了实际投产时间.为了解决AGC软 系统进行离线调试， 硬度趋势检测P-AGCF-AGC FE-.AGC MN-AGC MN-AGC 来料厚度波动 品厚度波动 测厚仪 来料温度波动 F4 图】综合AGC系统 Fig.1 Integrated AGC system 2系统及功能 口系统，全系统基于内存映像网组建，系统框图 如图2所示，仿真器是整个仿真系统的核心，由 本文设计的实时仿真硬件系统由3个子系统 一台PC主机和DSP协处理机组成.它不需要任 组成一仿真器、系统AGC控制器、实时通信接 何复杂的/O接口，仅需一块内存映像网卡.所有 收稿日期：200408-30修回日期：200411-10 的IO数据和控制信号都来自内存映像网的各节 基金项目：国家经贸委“九五”攻关项目(NNo.97-316-02-02) 点，主机是高性能的工业控制计算机，用来实现 作者简介：王正林(1978一)，男，博士研究生

第 2卷7 第 期5 20 0年5 1月0 北 京 科 技 大 学 学 报 JO u r an l Uo f n i v e r s i ty o f s e ci ne e a ndTe e h n oel g y B e ij i ng V b l . 2 7 0 N . 5 OC t 。 2 0 0 5 带钢热连轧 A G C系统实时仿真 王 正 林 童朝 南 孙一 康 彭开 香 北 京科技 大学信 息 工程学 院 , 北京 10 0 0 8 3 摘 要 设 计 了基于 数字 信号 处理 器 D S P 的热连 轧 自动 厚度控 制 ( A G C ) 实 时仿真 器 , 建立 了 调 厚过程 压下 系统和 变形 区 的动 态模 型 . 仿真 时 , 仿真 器实 时并行 地计算 带钢 和轧机 的模 型 , 计 算机 控制 系统 的控 制器运 行 A G C 软件 , 两者 通过 内存 映像 网 实 时交 换数 据 , 因此 通 过虚 拟 的对象 实现 了对 A G C 软件 的实 时离线 调 试 . 关键词 A G ;C 热连 轧 ; 实时仿 真 器 ; 动态 仿真 ; D S ;P 内存映 像 网 分 类号 T G 3 3 4 . 9 : T P 18 3 1 A G C 系 统 动 态 仿 真 分 析 热 轧带 钢 厚 度 精 度 一 直 是 提 高 产 品质 量 的 主要 目标 . 产 生 厚差 的原 因主 要 有带钢 头 尾 部温 差 、 加 热炉 板 坯生 成 水 印 以及温 度 随 机波 动 , 目 前 消 除 厚 差 的主 要 办 法 是 采 用 自动 厚 度 控 制 系 统 ( A G C ) . 现 代 A G C 系统 一 般采 用 多种 控 制 算 法 和 多种 A G C 综合 控 制手 段来 消 除厚度 误 差` 1,2] , 如 图 l 所 示 . 由于 A G C 控 制 需对 多 台轧机 的压 下 进 行 闭环 控 制 , 因此 目前 对 A G C 控 制软 件 的 调 试 只能 在热 负 荷试 车 后进 行 ( 需通 过 轧制 轧件 来 调试 ) , 这延 长 了 实 际 投 产 时 间 . 为 了解 决 A G C 软 件 的离 线 “ 实 时 ” 调 试 , 开发 了含 有 “ 数 字 精 轧机 组 ” 的热 连轧 实 时仿真 系统 ( 仿真 器户 4] . 现代 热 轧 机 为 了提 高控 制精 度 普遍 采用 液 压压 下机 构 , 动 态 响 应 快 , A G C 软 件 的控 制 周期 一 般 为 10 m s . 而 对 动态 模 型进 行仿 真 时 , 由于 连轧 机 组模 型 的庞 大 和 复杂 使得 通用 的仿 真方 法 很难 在 10 m s 内完 成 动 态仿 真 的计 算 . 本 文 在 建 立 调 厚 过 程 的 动 态 模 型 基 础 上 设 计 了基 于 数字 信 号处 理器 D S P 的实 时仿 真 系统 , 实 时地对 调 厚过 程进 行 动态 仿真 , 仿真 结 果实 时 地 反馈 到实 际控制 器 中 , 能方 便无 风险地 对 A G C 系 统进 行 离线 调试 . FF es A G C F F 一 A G C FF es A G C 卜 N从。 M N es A G C 一 ~ 一一 一 ~ 一 ) 〔 ) 户 一- 夕、 声、 户 F 1 F Z F 3 F 4 F 4 F S 图 1 综合 A G C 系 统 R g . 1 I n et g r a t ed A G C sy s et m 2 系 统 及 功 能 本文 设计 的实时 仿真 硬件 系统 由 3 个子 系统 组成 — 仿真 器 、 系统 A G C 控 制 器 、 实 时 通信 接 收稿 日期 : 2 0 04 - 0 8 一 3 0 修 回 日期 : 2 0 0 4 一 11 一 10 垂 金项 目 : 国家 经 贸委 “ 九五 ” 攻 关项 目 ( N N 认 9 7 一 3 16 一 0 2 一 0 2) 作 者简 介 : 王正 林 ( 19 7 8一 ) , 男 , 博 士研 究生 口 系 统 , 全 系统 基于 内存 映像 网组建`习 , 系统 框 图 如 图 2 所 示 . 仿 真 器 是整 个 仿 真系 统 的核 心 , 由 一 台 P C 主 机 和 D S P 协 处理 机 组成 . 它不 需要 任 何 复 杂 的 F O 接 口 , 仅需 一块 内存 映像 网卡 . 所 有 的 1/O 数 据和 控 制信 号都 来 自内存 映像 网的各 节 点 . 主 机是 高 性 能 的工 业控 制 计算 机 , 用 来实 现 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2005. 05. 053

Vol.27 No.5 王正林等：带钢热连轧AGC系统实时仿真 ·601· 人机交互界面、仿真预处理、仿真后台处理和管 形区模型构成，如图3所示.模型的建立采用机 理DSP与系统AGC控制器之间的数据交换，人 理建模方法，对一些不易确定的参数事先对实际 机交互界面的主要功能包括显示和修改模型参 设备采用系统辨识的方法进行确定，在满足工程 数以及仿真参数、控制仿真的开始和停止、实时 要求精度的前提下对模型进行工程处理，提高模 仿真过程数据的图表和曲线显示、保存仿真结果 型的仿真解算速度. 以及有用的中间数据.仿真预处理包括接收用户 液压压下 输入的模型及与仿真相关的参数并转化成DSP 动特性 的运算参数、把运算初始数据和仿真程序下载到 辊缝变动量 出口厚 DSP的内部RAM中；后台处理包括对大量仿真 延 度波动 中间数据和结果的分析和处理，例如控制效果的 变形区模型 性能指标的统计，主机通过周期性地读写DSP的 出口温度波动 轧辊速度变动量 接口和映像内存网卡来实现DSP与控制器之间 主传动 的数据交换， 动特性 RFM RFM 图3AGC对象框图 Fig.3 Components of AGC PLC PLC 损量回 RFM HUB 3.1压下系统模型 动 PC 液压压下系统见图4.它是一个复杂的动态 系统，由控制器、伺服放大器、电液伺服阀、液压 PLC RFM RFM DSP 缸和位移传感器组成.控制器采用多CPU的 图2仿真系统结构图 VME总线控制器，控制算法采用分段PI调节，伺 Fig.2 Structure of the simulation system 服放大器把输入电压转换为电流，可视为比例放 协处理机采用TI公司的DSP处理板TMS320 大环节：电液伺服阀的模型可简化为二阶振荡环 C6701EVM,它是基于PCI总线的，直接插在工业 节：液压缸模型可简化成一个二阶振荡环节和一 计算机上；芯片是高性能浮点32位DSP处理器 个惯性环节的串连；位移传感器采用的是磁尺， TMS320C6701,它采用的VLIW体系结构是一种 可认为是比例环节，整个液压压下系统模型是一 并行计算机体系结构：八个运算单元并行执行运 个高阶环节，时间常数小，动态响应速度快.系统 算，最高处理速度可达1 GFLOPS,具有强大的实 的传递函数为： 时计算能力.协处理机用于解算轧机执行机构的 G(=- Ke-ar 动力学模型和轧制变形区模型.AGC控制器采用 ss*篇瓷s河 基于VME总线的多CPU控制器，它通过VME总 其中，K为增益，S为延时，点为液压缸的阻尼系 线的内存映像网网卡连接到通讯网上.实时通信 数，点为同服阀的阻尼系数，四为液压缸的角频 接口的形式有很多，但在热连轧仿真系统中，需 率，2为伺服阀的角频率，S为轧机负载等效的时 要仿真的控制功能模块很多，信息交换多，有共 间常数. 用性，因此传统的点对点的接口形式不宜采用， 仿真时，延迟环节用二阶近似，以上的模型 而网络式的接口形式更易满足要求.内存映像网 是一个线性时不变模型，采用二阶实时Runge- 高速(2 Gbyte·s)、可靠性高、延迟小和信息更 Kutta法m转化成差分方程后的形式和R滤波器 新同步的特点适合仿真的需要，在各子系统的控 的形式相同，在DSP上能快速地实现运算. 制器和仿真器计算机中插入内存映像网网卡， 位置 通过光纤和中央集线器连接，实现全系统的实时 控制器 同服放大器 电液伺服阀 支压金 给定 通信. 位移传感器 ·3对象模型 图4压下系统模型 调厚过程涉及的模型由压下系统模型和变 Fig.4 Model of the press-down system

V b L2 7 N o . 5 王正 林 等 : 带 钢热 连轧 A G C 系统 实 时仿真 人机 交 互界 面 、 仿真 预 处理 、 仿 真 后 台 处理 和管 理 D S P 与系 统 A G C 控 制 器之 间的数 据 交 换 . 人 机 交互 界 面 的主 要 功 能包 括显 示 和 修 改模 型参 数 以及 仿真 参数 、 控 制仿 真 的 开始 和停 止 、 实 时 仿真过 程 数据 的 图表和 曲线 显 示 、 保 存仿 真 结果 以及 有用 的 中间数 据 . 仿真 预 处理 包括 接收 用户 输 入 的模 型及 与仿 真 相 关 的参 数 并 转化 成 D S P 的运算 参数 、 把 运算 初 始数 据和 仿真 程序 下 载到 D S P 的 内部 R A M 中 ; 后 台处理 包 括对 大 量 仿真 中 间数 据和 结 果 的分析 和处 理 , 例 如控制 效 果 的 性 能指标 的统 计 . 主 机 通过 周期 性地 读 写 D S P 的 接 口 和 映像 内存 网卡 来实 现 D S P 与控 制 器之 间 的数据 交换 . 形 区模 型 构成 , 如 图 3 所 示 . 模型 的建 立采 用 机 理建模 方 法 , 对一 些 不易 确定 的参 数事 先对 实 际 设备采 用 系统 辨识 的方 法进行确 定 , 在 满足工程 要求精 度 的前提下 对模 型进 行 工程 处理 , 提 高模 型 的仿 真解 算速 度 . 液压压下 动特性 延 延时 时 变形区 模型 鹦 爵馨爵黯 图 3 A G C 对 象框 图 凡.9 3 C o m P o n e n st o f A G C 图 2 仿 真系统结构 图 价9 . 2 S t r u e tU 邝 o f t h e s ha lt a iot . s y s et ln 协 处理 机采 用 IT 公 司 的 D S P 处 理板 TM S 3 2 0 C 67 01 E V M , 它 是基 于 PCI 总线 的 , 直接 插 在 工业 计算机上 ; 芯 片 是 高性 能 浮点 犯 位 D S P 处 理器 T M S 3 2 0 C 6 70 1 , 它 采 用 的 V L IW 体 系结 构 是 一种 并行计 算机 体 系结 构 ; 八个 运算 单元 并行 执 行运 算 , 最 高 处理速 度可 达 I G F L O P S 16] , 具有 强大 的实 时计算 能 力 . 协 处 理机用 于解算 轧机 执 行机 构的 动力 学模 型和轧 制变 形 区模型 . A G C 控制 器 采用 基 于 V M E 总线 的多 C PU 控 制 器 , 它 通 过 V M E[ 总 线 的内存 映像 网 网卡连 接到 通讯 网上 . 实时 通信 接 口 的 形式 有很 多 , 但 在 热 连轧 仿 真系 统 中 , 需 要仿 真 的控 制 功能 模块 很 多 , 信 息 交换 多 , 有共 用性 , 因此 传 统 的 点对 点 的接 口 形 式 不宜 采用 , 而 网络 式 的接 口 形 式更 易满足 要 求 . 内存 映 像 网 高速 (2 bG yet · s 一 , ) 、 可靠 性 高 、 延 迟 小和 信 息更 新 同步 的特 点适合 仿真 的需要 , 在 各子 系统 的控 制 器 和 仿 真 器 计 算 机 中插 入 内存 映 像 网 网 卡 , 通过 光纤 和 中央集 线器 连接 , 实现 全系 统 的实时 通信 . 1 1 压 下 系统模 型 液 压压 下 系统 见 图 4 . 它 是一 个 复杂 的动 态 系 统 , 由控制 器 、 伺服 放 大器 、 电液伺 服 阀 、 液 压 缸 和 位 移 传 感 器 组 成 . 控 制 器 采 用 多 C PU 的 VM E 总线 控 制器 , 控制 算 法采 用 分段 IP 调 节 , 伺 服 放大 器把 输入 电压转 换 为 电流 , 可视 为 比例 放 大 环节 ; 电液伺 服 阀 的模型 可简化 为二 阶振 荡环 节 ; 液 压 缸模 型可 简化 成一 个 二阶 振荡环 节和 一 个 惯 性环 节 的 串连 : 位 移 传感 器 采 用 的是 磁尺 , 可 认 为是 比 例环 节 . 整 个液 压压 下系 统模 型 是一 个 高阶 环节 , 时间 常数 小 , 动态 响应速 度 快 . 系统 的传 递 函数 为 : .G 御= K · e 一砂 ( 。 , +5 1) {备普决 , )!备普, 1 ) 其 中 , K 为增 益 , 9 为延 时 , 二为 液 压 缸 的阻 尼 系 数 , 二为伺 服 阀 的 阻 尼 系 数 , m , 为 液 压 缸 的 角 频 率 , 叭 为伺服 阀 的角频 率 , g : 为轧机 负载 等效 的 时 间常数 . 仿 真 时 , 延迟 环 节用 二 阶近 似 , 以上 的模 型 是 一 个线 性 时不 变 模型 , 采用 二 阶 实时 R un g -e K u t a 法切 转 化成 差 分方 程后 的形 式和 I IR 滤波 器 的形 式 相 同 , 在 D S P 上 能 快速 地 实现 运 算 . ` 3 对 象模型 调 厚过 程 涉 及 的模 型 由压 下 系 统模 型和 变 位 置 伺服放大器 电液伺服 阀 给 定 肠口` 故, 二沪 趁口 咸多廷 了 乞L与r 节口 图 4 压 下系统 模型 F i.g 4 M o d e l o f t h e P er ” 刁ow n 叮s t e 口

·602· 北京科技大学学报 2005年第5期 3.2变形区模型 厚度：i为连轧机组架号；P为轧制力，kN:C,为轧 变形区的模型包括了弹跳方程、温降方程、 机纵向刚度，kN·mm':δS为辊缝调节量，mm:δw 轧制力公式、前滑后滑公式、张力公式和活套套 为轧辊线速度调节量，ms':8h为入口厚度波动 量公式，是一个多维的非线性方程组.由于调厚 量，mm:δK为轧件硬度（变形阻力）波动量，MPa; 时，各变量变动范围较小，因此可在小的变化范 r,为前张力波动量，MPa:r,为后张力波动量， 围内将非线性方程线性化来处理，即采用线性化 MPa:δh为出口厚度波动量，mm:δl为活套套量变 后的增量代数方程.处理后的方程主要有增量厚 化量，mm. 度方程、增量轧制力方程、增量速度方程和增量 方程中各偏微分系数都是以设定值为工作 套量方程. 点求出：方程中的增量都是以所轧规格轧制规程 增量厚度方程： 下设定模型计算的设定值为基础，考虑到热连轧 6h= 。'ap8职sa+9股iK+C8 张应力较小，δ：及δ，对轧制力以及厚度的影响在 -船满* 工程上可以忽略，而张应力对前滑影响大，因此 增量轧制力方程： 只在与前滑有关的参数方程中保留张应力项. 6P=7 8职h+服k·8a时 Oh C-h) 4实验及分析 增量速度方程： 下面以鞍钢1700热连轧为例，采用本文提出 8v=%δf+(1+f月6， 的实时仿真系统进行实验和仿真分析.钢种为 vvhh Q235,带钢宽度是1200mm,轧辊半径是380mm ho ho h +影shn o f. 对轧制2.0mm规格成品的轧制规程见表1.测取 of=oho ote ofor 实际轧机系统的设定值作为其输入量，并将仿真 增量套量方程： 结果与轧机输出值进行对比，AGC的控制周期为 8l1=∫(6v41-iv)d 10ms.图5是AGC实时仿真器的测试画面，调试 式中，v为轧辊线速度：h为带钢厚度：h。为入口 时，该画面的上侧实时显示各个机架的辊缝值和 表12.0mm轧制规格系数 Table 1 Coefficients of the 2.0 mm type 机架 P/kN w(m.s-) h/mm h/mm P/0ho oP/oh OP/OK dfloh @fioh FI 24690 1.20 16.65 32.00 849.4 -1647 143.01 1.68×10 -3.24×10- F2 22680 2.12 9.44 16.65 2902 -5153 115.60 4.88×10 -8.61×10-3 F3 21030 3.51 5.69 9.44 4751 -8127 98.12 8.21×103 -13.65×10~3 F4 16090 5.13 3.90 5.69 9048 -13589 73.72 17.26×10-3 -25.27×10-月 F5 10830 6.63 3.01 3.90 14216 -18572 52.29 32.85×101 -42.82×103 F6 10180 8.42 2.38 3.01 19804 -25701 48.54 44.70×10-1 -57.26×10-1 F7 7150 10.00 2.00 2.38 25778 -31006 36.73 68.70×10-1 -82.83×10-3 轧制力值，左下侧用来显示精轧出口厚度的变化 AGC时仿真器测试叫山 曲线，右下侧是AGC的按钮，由用户根据实际的 程序添加，整个AGC程序的调试界面方便友好. g过常n 1K1 图6是F1机架的轧制力实验与实测的对比图， 图7是F7机架的出口厚度偏差实验与实测的对 比图（为了更清楚显示偏差，纵坐标每格为20 m).从实验对比曲线可以看出，实验结果和实 测结果基本相近，存在的偏差是在工程上可以接 受的范围内，而此时AGC程序中的PI参数和实 际的参数相差不到20%，调节时间和超调量也基 本接近，表明本文设计的实时仿真方法是有效 图5AGC实时仿真器的测试画面 的，仿真结果具有一定的可信度。 Fig.5 Window of the real-time simulator

6 02 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 05 年 第 5 期 3. 2 变形 区模 型 变形 区 的 模型 包 括 了弹跳 方程 、 温 降 方程 、 车L制 力公 式 、 前 滑 后滑 公 式 、 张 力 公式 和 活套 套 量 公 式 , 是 一 个多 维 的非 线性 方 程 组 . 由于 调厚 时 , 各变 量 变动 范 围较 小 , 因此 可在 小 的变 化 范 围 内将 非线 性方 程 线性化 来 处理 , 即采用 线 性化 后 的增 量代数方 程 . 处 理后 的方 程主 要有 增量 厚 度 方程 、 增 量轧 制 力方 程 、 增 量 速 度方 程和 增 量 套 量方 程 . 增 量厚 度 方程 : 6人一 商黝 。 濡舔q ` .s] 增 量轧 制 力方 程 : ` = 〔衡嘟 h0斋嵘 ` .sj 增量 速度 方程 : 6 v = v0 改f’+ ( 1功6v0 , 。一奇 。喘 6h 一餐 `“ 。 , 、 一 兴 6 h 0 濡 6 h斋 6砂鬓 6 、 · 增量 套 量 方程 : ` l, 。 : 一 丁(`偏 : 一 。v,) dt 式 中 , v 为 轧 辊 线速 度 ; h 为 带 钢 厚度 ; h0 为 入 口 厚度 ; i 为连轧机 组 架号 ; 尸为轧制 力 , kN ; q 为轧 机 纵 向刚度 , 州 · ~ 一 , ; 6 5 为辊 缝调 节 量 , ~ ; 6v0 为轧 辊 线速 度 调节 量 , m · s 一 , ; 肋 。为 入 口 厚度 波 动 量 , m r n ;状为轧 件 硬度 (变 形 阻力 )波 动 量 , M P a ; 阮 为 前 张 力 波 动 量 , M P a ; 6几 为 后 张 力 波 动 量 , M P a ; 6h 为 出 口 厚度 波 动 量 , m r n ; 6 1为 活套 套量 变 化 量 , m 幻。 . 方 程 中各 偏 微 分 系 数 都 是 以设 定 值 为工 作 点求 出 ; 方程 中的增 量都 是 以所 轧规 格轧 制规 程 下 设 定模 型计 算 的设 定值 为基 础 , 考 虑 到热连 轧 张应 力较 小 , 6补及 6几对 轧制 力 以及 厚 度 的影 响在 工程 上 可 以忽 略 , 而 张 应 力对 前滑 影 响 大 , 因此 只在 与 前滑 有 关 的参 数 方程 中保 留 张应 力项 . 4 实 验 及分 析 下 面 以鞍钢 1 7 0 热连 轧 为例 , 采 用 本文提 出 的实时 仿 真 系 统进 行 实验 和 仿 真 分 析 . 钢 种 为 Q2 3 5 , 带钢 宽度 是 1 2 00 r o r n , 轧 辊 半径 是 3 8 0 r n r n , 对 轧制 .2 o r o r n 规 格成 品的轧 制 规 程 见表 1 . 测 取 实 际轧 机系 统 的设 定值 作 为其 输入 量 , 并 将仿 真 结 果与 轧机 输 出值 进行 对 比 , A GC 的控制 周 期 为 10 m s . 图 5 是 A G C 实 时 仿真 器 的 测试 画 面 , 调 试 时 , 该 画 面 的上侧 实 时显 示各 个机 架 的辊 缝值 和 表 1 .2 o m m 轧 制规格 系数 介b l e 1 C o e 价e 泣. 七 of th e 2 . 0 m m yt p e 机架 尸瓜 N 2 4 6 90 2 2 6 8 0 2 1 03 0 16 0 9 0 10 8 3 0 10 18 0 7 1 50 v(/ m · s 一 , 1 . 2 0 2 . 12 3 . 5 1 5 . 13 6 . 6 3 8 . 4 2 10 . 0 0 h / 口u n 16 6 5 9 . 4 拟~ 3 2 0 0 16 . 6 5 刁P/ a凡 8 4 9 . 4 2 9 0 2 4 7 5 1 9 0 4 8 14 2 1 6 1 9 80 4 2 5 7 7 8 a P/ a h 一 1 6 4 7 一 5 15 3 一 8 12 7 一 1 3 5 8 9 一 18 5 7 2 一 2 5 70 1 一 3 1 0 0 6 a P/ 刁K 刁f/ 刁凡 刁f/ 刁h 14 3 . 0 1 1 15 . 6 0 9 8 . 12 73 . 7 2 52 . 2 9 4 8 . 5 4 36 . 7 3 1 . 6 8 x l o 一 3 4 . 8 8 x l 0 一 3 8 . 2 l x l o 一 3 1 7 . 26 x 10 一 3 3 2 . 8 5 x l 0 一 〕 4 . 70 x 1o 一 3 6 8 . 70 x 10 一 3 一 3 . 24 x l 0 一 , 一 8 . 6 l x 10 一 , 一 13 . 6 5 x l 0 一 3 一 2 5 2 7 x l 0 一 〕 一 4 2 . 8 2 x 10 一 3 一 5 7 . 26 x l 0 一 3 一 8 2 8 3 x l 0 一 3 69400138 Q ō气j f j ,` 5石9 3 . 9 0 3 . 0 1 2 . 3 8 2 . 0 0 67IF34ZS 轧制 力 值 , 左 下侧 用 来显 示精轧 出 口 厚度 的变 化 曲线 , 右 下侧 是 A G C 的按 钮 , 由用 户根 据 实 际 的 程序添加 , 整 个 A G C 程 序的调 试 界 面方 便友 好 . 图 6 是 lF 机架 的轧制 力 实 验 与 实测 的对 比 图 , 图 7是 F 7 机 架 的 出 口 厚度 偏 差 实验 与 实测 的对 比图 ( 为 了更 清 楚 显示 偏 差 , 纵坐 标 每 格为 20 四叮 ) . 从 实验 对 比 曲线 可 以看 出 , 实验 结果 和 实 测结 果基 本 相近 , 存 在 的偏 差 是在 工程 上可 以接 受 的范 围 内 , 而 此 时 A GC 程 序 中 的 IP 参数 和 实 际 的参数 相 差不 到 2 0 % , 调节 时 间和 超调量 也 基 本 接近 , 表 明本 文 设计 的 实 时 仿 真 方 法 是 有 效 的 , 仿 真 结果 具有 一 定 的 可信度 , 图 5 A G C 实 时仿 真器 的测试 画面 乃 .9 5 W i . d脾 o f 场e 拙l · 眨. e ,加 u al ot r

VoL.27 No.5 王正林等：带钢热连轧AGC系统实时仿真 ·603· 2.5m (a)仿真 2.5o实测 2.0 2.0 s 1.5 1.0 0.5 0.5 o 0200400600800100012001400 0 200 400600800100012001400 采样点数 采样点数 图6F1轧制力实验与实测的对比图 Fig.6 Comparison of the roll foree of FI 60a仿真 60()实测 0 40 20 0 口 40 五-20 60 80 200 400600 800 1000 1200 200 40060080010001200 采样点数 采样点数 图6F7出口厚度偏差实验与实测的对比 Fig.6 Comparison of the output thickness deviation of F7 5结论 毕，使厚度精度尽快提高 参考文献 当仿真系统运行时，AGC程序在AGC控制 [】孙一康，带钢热连轧的模型与控制，北京：冶金工业出版 器中运行，通过实时通讯网将控制输出送仿真 社，2002 器，在DSP中运行的动态仿真模型，其实时运算 [2]Gunter WR.Improved rolling mill automation by means of ad- 结果通过实时通讯网输出给AGC控制器，形成 vanced control techniques and dynamic simulation.IEEE Trans 一个控制闭环回路.对AGC程序来说，仿真与实 Ind Appl,.1996,32(3:231 [3]JimL.仿真工程.焦宗夏，王少萍，译.北京：机械工业出版 际的工作情况在时序和逻辑上是完全一样的，仿 社，2003 真的实时性强，没有控制上的延迟.本仿真器还 [4]Maclag D.Simulation gets into the loop.IEE Rev,1997(5):109 可以用于其他热连轧软件如板形控制ASC,温度 [5]Real time Network-Rtnet.VMIC Product Summary,1998 [6]TMS320C6201/6701 Evaluation Module User's Guide.Texas 控制FTC,CTC的实时调试，调试后的AGC控制 Instruments Incorporated,2002 软件无论在逻辑上还是控制上都得到了考验，并 【刀刘德贵，费景高.动力学系统数字仿真算法.北京：科学出 基本确定了可调参数的范围，当轧机进入热负荷 版社，2000 试车时仅需很短的时间就能将控制回路调试完 Real-time simulator of AGC systems for hot-rolling mill WANG Zhenglin,TONG Chaonan,SUN Yikang,PENG Kaixiang Information Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT A real-time simulator of Automatic Gauge Control(AGC)for hot-rolling mill based on Digital Sig- nal Processors(DSP)was proposed.The models of the hydraulic cylinder for Automatic Position Control(APC) and the deformation area of each stand were built.The simulator was performed by using a parallel processing based dynamic simulation of the characteristics of the strip and of the stands which were coupled by the rolled material, and exchange data with the AGC controller of a computer control system through reflective memory network in a real-time mode.It could be used for developing and real-time testing AGC control strategies in off-line state. KEY WORDS AGC;hot-rolling process;real-time simulator;dynamic simulation;DSP;reflective memory net- work

V b l . 2 7 N 0 . 5 王 正林等 : 带钢 热 连轧 A G C 系统 实 时仿真 . 6 03 Z理e解只露 ( a) 仿真 盯一一 ’ 2 ` 5严赎厕 2 0 卜 只名芝、露解 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 采样 点数 0 0 0 1 2 0 0 1 4 0 0 0 2 0 0 40 0 6 0 0 80 0 采样 点数 图 ` F l 车L制力实验 与实测 的对 比 图 n g . 6 C o m P a ris o n o f th e m ll fo r e e o f F I 绷鳄侧殴、口田卜山里 6 0 4 0萨卜 . 6 0 匹i豆预i 4 0 卜 八U0no ù 2 n -2礴6名 n U n 内乙 崛侧殴、翎田口呈 忿一。 礴O 0 2 0 0 4 0 0 6 0 0 采 样 点数 8 00 1 0 0 0 1 2 00 0 2 00 4 0 0 6 0 0 采 样点 数 图 ` F7 出口 厚 度偏 差实验 与实测 的 对 比 F ig . 6 C o m P a 山 o n o f 伍e o u tP u t th i e 如 e s s d e vi a tio n o f F7 毕 , 使 厚 度精 度 尽快 提 高 . 5 结论 当仿 真 系统 运行 时 , A G C 程序 在 A G C 控制 器 中运 行 , 通 过 实 时通讯 网 将控 制 输 出送 仿 真 器 , 在 D S P 中运 行 的动 态 仿真 模 型 , 其 实 时运 算 结 果通 过 实 时通讯 网输 出给 A G C 控 制器 , 形成 一个 控 制 闭环 回路 . 对 A G C 程 序来 说 , 仿 真 与 实 际 的工作 情况 在 时序 和 逻辑 上 是完 全一 样 的 , 仿 真 的实 时性 强 , 没有控 制 上 的延 迟 . 本仿 真 器还 可 以用 于 其他 热连 轧 软件 如 板形 控制 A S C , 温 度 控 制 F TC , C T C 的实 时调试 , 调试 后 的 A G C 控 制 软件无 论在 逻辑 上还 是控 制 上都 得 到 了考 验 , 并 基 本确 定 了可调 参数 的范 围 , 当轧机 进入 热 负荷 试 车 时仅 需 很 短 的时 间 就 能将 控 制 回 路 调试 完 参 考 文 献 〔1 孙一 康 . 带 钢热连 轧 的模 型 与控制 . 北京 : 冶 金工 业 出版 社 , 2 0 0 2 [ 2 ] G u n t e r W R . 加p vor e d or ll ign m ill au ot m at i o n 勿 m e an s o f ad - v an e de e o n t r o l te c h n iqu e s 朗 d d y n am i e s而 u lat i o n . I E E E 介 a n s I n d A P P I , 19 9 6 , 3 2 ( 3 ) : 2 3 1 13] J面 L . 仿真工 程 . 焦宗 夏 , 王少 萍 , 译 北京 :机 械工 业 出版 社 , 2 0 0 3 [4 ] M a c lag D . S如 u lat ion g et s in t o ht e lo P . I E E R e v , 19 9 7 ( 5) : 10 9 [ 5 ] R e al t而 e N e卜胃 o -rk R t n et . V h l C P r o d u e t S切m 们。田下) 19 9 8 [ 6 ] T M s 3 2 0 C 6 2 o l /6 7 0 1 E v a lu at i o n M o du l e U s e 尸5 G in d e . eT x aS I n s t 刀 m e n t s I n e o rp o r a t e d , 2 0 0 2 7[ 』刘 德贵 , 费 景高 . 动力 学系统 数字 仿真 算法 . 北京 : 科 学 出 版社 , 2 0 0 0 R e a l 一 t im e s im u lat o r o f A G C s y s t e m s of r h o t 一 r o lli n g m ill 恻刃G hZ e n g li n , 刃口刀G hC ao n an , S 〔力V 万k a ng, P E N G Kd抚 ia gn I n of mr at i o n Egn in e e inr g S e h o o l , U n i v e rs ity o f s e i e n e e an d eT c hn o l o gy B e ij ign , B e ij in g l 0 0 0 83 , C hi n a A B S T R A C T A er a l 一 it m e s加ul at or o f A u t o m at i o G a u g e C o n tr 0 1 (A G C ) for ho t 一 r o l l ing m ill b as e d o n D i g it a l s ig - n a l Por e e s s o r s (D S P) w a s P r o P o s e d . hT e m o d e l s o f het hy dr au li e e y lin d e r fo r A u t o m iat e P o s it i o n C o ntr o l (A P C ) an d ht e de fo mr iat o n aer a o f e a e h s t a n d w e er b u ilt . hT e s而 u l at o r w as P e ir 沁mr e d 勿 us ing a P a r a ll e l P r o c e s s ing b as e d d yn am i e s im ul iat o n o f ht e e h a r a c t e ir ist e s o f ht e s itr P an d o f het s t a n d s hw i e h we er e o u Pl e d 勿 ht e or ll e d m aet ir al , an d e x e h an g e d at w iht het A G C e o n tr o ll e r o f a e o m P ut e r e o n t r o l sy s et m thr o u g h er if e e ivt e m em o yr n e七刀。 r k in a er al 一 t而e m o d e . tI e o u ld b e u s e d fo r d e v e l o P ign an d er a l . tim e t e s t ign A G C e o ntr o l s tr a t e ig e s in o -f lin e s t at e . K E Y W O R D S A G C ; h o t 一 r o ll ign P r o e e s s : er a l 一 t im e s imu lat o r : 勿 n am i e s im u lat i o n : D S P : r e if e e it v e m em o yr n et - w o kr