冷连轧机的动态变规格过程的计算机仿真

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.2002.04.023 第24卷第4期 北京科技大学学报 Vol.24 No.4 2002年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2002 冷连轧机的动态变规格过程的计算机仿真 葛平玉莉孙一康 北京科技大学信息工程学院，北京，100083 摘要针对某厂的5机架怜连轧机的动态变规格过程进行仿真研究.首先建立其动态变规 格时的仿真系统，分析了其动态变规格过程的实现方案.然后在此基础上对其变规格过程进行 了仿真分析，指出了现在方案中的问题，提出了一种改进方案，并通过进一步的仿真说明了改 进方案的可行性和有效性. 关键词动态变规格：仿真：冷连轧 分类号TG333.7 动态变规格是全连续冷连轧特有的功能 的影响.因此有必要对冷连轧机动态变规格控 由于采用无头轧制，多个热轧钢卷通过人口焊 制过程进行详细的研究.本文对某厂的5机架 机焊接而连续进入冷轧机组，再通过入口活套 冷连轧机的动态变规格控制过程进行了仿真分 的调节保持了轧机的持续高速轧制，省略了每 析，并针对其存在的问题提出了改进措施 卷的穿带和大范围加速及减速的工序，这样不 仅提高了机组的产量，而且显著地提高了产品 1系统的结构与数学模型 的质量，但同时也带来了需要在不停机的状态 该套轧机配备了非常完善的控制设备和控 下变换规格的问题，即动态变规格问题. 制系统.5机架的轧辊速度用带观测器的直流 在动态变规格过程中，从一个规格变到另 传动系统调节，位置则由液压压下系统进行调 一个规格，必然要形成一个楔形过渡区，并且随 节.二者都有非常高的精度.每2台机架之间都 着楔形段通过某一机架，机架间的张力也要发 设有1个张力控制器，用于控制张力的稳定. 生波动，从而影响上游和下游机架的稳定轧制 AGC系统比较复杂，由若干控制回路组成，通 状态.如果张力的波动太大，甚至可能造成断 过控制速度和位置系统来获得很高的成品质 带、堆钢或迭轧等严重事故.为了保证焊缝前后 量.但在动态变规格时，由于大多数AGC回路 带钢的产品质量并尽量简化控制过程，一般希 不能正常工作而被切断，只保留了第1机架的 望： GM-AGC以形成楔形过渡段（如图1所示），.系 (1)楔形过渡区的长度最长不能超过4,52 统在动态变规格时的组成如图2所示 台机架的间距，否则将会有2台机架同时轧制 一般情况下，速度和压下系统可以被看作 楔形区，使张力的控制更加困难 L (2)当楔形段在某一机架中轧制时，前后规 格的带钢（或称为A,B材）的稳定轧制状态不受 影响，依然轧制出符合质量要求的产品 (3)当A,B材的规格参数变化较大时，要严 格控制张力的波动，以防止出现事故 显然，由于动态变规格时有上述的特殊要 求，其控制过程必然不同于稳态轧制，并且其控 制质量的好坏对前后带材的成品质量有着很大 图1动态变规格时的楔形过渡段 收稿日期200104-17 葛平男，26岁，博士 Fig.1 Wedged strip shaped during FGC

第 2 4 卷 第 4 期 2 0 0 2 年 8 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n 扮e r s iyt Of S c i e n e e a n d 吸e h n o l o gy B e ij i n g 、勺1 . 2 4 N 0 . 4 A u g . 2 0 02 冷连轧机的动态变规格过程的计算机仿真 葛 平 王 莉 孙一 康 北京科技大学信息工程学院 , 北京 , 10 0 0 8 3 摘 要 针对某 厂 的 5 机架 冷连轧 机 的动态变 规格 过程进 行仿真 研究 . 首先建 立其 动态变 规 格 时的仿真 系统 , 分析了其动态变规 格过程 的实现方 案 . 然后 在此基 础上对其变规格 过程进 行 了仿真分析 , 指 出 了现在方 案 中的问题 , 提出 了一种 改进方 案 , 并通过进一 步 的仿真说明 了改 进方 案 的可行性 和有效 性 . 关键词 动态变规 格 ; 仿真 ; 冷连 轧 分 类号 T G 3 3 3 . 7 动态变规格 是全连 续冷连轧 特有 的功能 . 由于 采用无头轧制 , 多个热轧钢卷通过人 口焊 机焊接而连续进人冷 轧机 组 , 再通过入 口 活套 的调 节保持 了轧机 的持续 高速轧制 , 省略 了每 卷 的穿带和 大范 围加 速及减 速的 工 序 . 这样不 仅提高 了机组 的产量 , 而 且显著地提 高了 产 品 的 质量 , 但 同时也 带来了 需要在不 停机 的状态 下变换规格 的问题 , 即 动 态变规格问题 . 在动态变规格过程 中 , 从一个规格变到另 一个规格 , 必然要形成一个楔形过 渡区 , 并且 随 着楔形段通过某一机架 , 机架间 的张力也要发 生波动 , 从而影 响上游和 下游机架 的稳定轧制 状态 . 如果 张力 的 波动太 大 , 甚至 可 能造成断 带 、 堆钢或迭轧 等严重事故 . 为了保证焊缝前后 带钢 的产 品质量并尽 量简化控制过程 , 一般希 望 : ( 1) 楔形过渡 区 的长度最 长不 能超过 4 , 5 2 台机架 的间距 , 否 则将会有 2 台机架 同时轧制 楔形 区 , 使张力 的控制更加 困难 . (2 ) 当楔形段在某 一机 架中轧制时 , 前后规 格 的带钢 (或称 为 A, B 材 )的 稳定轧制状 态不 受 影 响 , 依然轧制 出符合质量 要求 的 产品 . (3) 当 A , B 材 的规格参 数变化较大时 , 要 严 格控制张力 的波 动 , 以 防止 出现事故 . 显然 , 由于 动态变规格时有上述 的特殊要 求 , 其控制过程必然不 同于 稳态轧制 , 并且其控 制质量 的好坏对前后带材的成 品质量有着很大 的影 响 . 因此有必要对 冷连轧机动态变规格控 制过程进行 详细的研究 . 本文对某厂 的 5 机架 冷连轧机 的动态变规格控制过程进行 了仿真分 析 , 并针对其存 在的 问 题提 出 了 改进措施 . 1 系统的结构与数学模型 该套轧机配 备 了非常完善的控制设备 和控 制 系统 . 5 机架 的轧辊速度用 带观测器 的直流 传 动系统 调 节 , 位置则 由液压压下 系统进行调 节 . 二者都有非常高的精 度 . 每 2 台机 架之间都 设 有 1 个 张力控制器 , 用 于 控 制张力 的稳定 . A G C 系统 比较 复杂 , 由若 干 控制 回路组成 , 通 过 控制 速度 和 位 置 系统来 获得 很高 的 成 品 质 量 . 但在 动态变规格时 , 由于 大 多数 A G c 回路 不 能正 常工作 而 被切断 , 只保 留 了第 l 机架 的 G M 一 A G C 以形成楔形 过渡段 (如图 1 所示 ) . 系 统 在动态变规格时 的组成如 图 2 所示 . 一 般情况 下 , 速度 和 压下系 统可 以被看作 戈 收稿 日期 2 0 01 刁-4 j7 葛平 男 , 26 岁 , 博士 图 1 动 态变 规格时 的楔 形过渡 段 F i g . l W e d g e d s t r i P s h a P e d d u r i n g F G C DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2002. 04. 023

·472· 北京科技大学学报 2002年第4期 △h AGC ATR ATR ATR P-L APC APC APC APC APC ASR ASR ASR ASR ASR ATR P-L一弹跳方程；LC一测压仪；ASR一主传动系统：APC一液压压下位置系统；AGC一第I机架的GM-AGC; ATR一张力控制系统 图2控制系统的基本组成 Fig.2 Overview of system configuration 是2阶环节，响应时间分别是40ms和200ms. 但在该轧机中，液压压下系统增加了1个限幅 wt0.1 环节，使其响应变成了非线性的.其工作原理 w-0.1 为：每10ms位置传感器采样1次当前位置偏 差，如果此偏差值超过±100m,则只输出±100 μm的偏差给模拟的位置调节器；但若偏差在 ±100m之间，则直接将该偏差送给调节器.所 以可以得到如图3所示的结构框图，其输出表 达式为： 02 5+2可0.1 4-y>0.1 图4液压压下系统的响应曲线 Fig.4 Response of gap actuator ω2 ys)= 5+2as+o*4lu-s0.1 (1) w2 5+2a0.1u--0.1 2动态变规格过程的实现 冷连轧机组动态变规格的实现方法：首先， s(s+25w) 在开始变规格前，根据式(2)、式(3)确定每台机 架的楔形段长度和焊缝位置： Lx=Lx.mwHs/h (2) 图3液压压下系统的结构框图 Fig.3 Block diagram of gap actuator h一R- (3) hw一h=H-h 响应曲线如图4所示.在I区内，由于惯性 h?-hw.H-h 环节响应时间很小，输出很快达到稳定，此后压 其中，Lk.m取0.7倍的机架间距(5m). 下的响应一直对100μm的输人积分，直至偏差 确定了上述参数后，由上位机计算在每1 小于100m.所以输出曲线大体上近似为一直 台机架前材和后材的设定参数的变化量.对于 线，并且斜率固定.当偏差小于100m,即进入 位置和厚度变化的计算（第1机架由于有厚度 Ⅱ区后，压下的响应是一个具有100m阶跃输 控制器，所以计算厚度的变化量)较为简单，可 人的2阶系统的动态特性 以直接由式(4)计算确定： △h=h-h价或AS=S-SA (4)

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 2 年 第 4 期 A l , A G R A T R C 尸一L A P C A P C A P C A PC A SR A S R A SR A S R A S R AT R 尸一 L 一弹跳方程 ; L c 一测压仪 ;A s R甲主传 动系统 ; A PC 一液 压压下位 置系统 ; A G c 一第 1 机架的 G M 一 A G ;C AT R一张力 控制系 统 图 2 控 制系统 的基本组 成 F i g · 2 o v e vr i e w o f sy s t e m e o n ifg u r a t to n 是 2 阶环节 , 响 应时间分别是 40 m s 和 2 0 m s . 但在该轧机 中 , 液压压下 系统增加 了 1 个限幅 环节 , 使其 响应变成 了非线性 的 . 其 工作原理 为 : 每 or m s 位置传感器采样 1 次当前位 置偏 差 , 如果此偏差值超过上 10 娜 , 则 只输出士 10 娜 的偏差给模拟 的位置调 节器 ; 但若偏 差在 月 0 娜 之 间 , 则直接将该偏差送 给调节器 . 所 以 可 以 得到如图 3 所示 的结构框 图 , 其输 出表 达式 为 : 少 u + 0 . 1 u 一 0 . 1 s (S + ZO)C ) 田 2 0 . l u 一 > 0 . 1 图 4 液压 压下 系统的 响应 曲线 F ig · 4 eR s P o n s e o f g a P a e t u a t o r y ( s ) 一了 下蔺 . 石一一下 -下 . U S 一 十乙`田 S 十口 - I u 一y l ` 0 . 1 ( l ) 田 2 s (S + 2加) 0 . l u 一少< 一 0 半 。 2 s s( + 2枷) 2 动态变规格过程 的实现 冷连轧机组动态变规格的实现方法 : 首先 , 在 开始变规格前 , 根据式 (2 ) 、 式 (3 ) 确定每台机 架 的楔形段长度和 焊缝位置 : L K , , 二 L 凡~ · 从 /h ` (2 ) 图 3 液压 压下 系 统的结构 框 图 F ig . 3 B l o e k d is g r a m o f g a P a e t u a t o r 响应 曲线如 图 4 所示 . 在 I 区 内 , 由于惯性 环节 响应时间很小 , 输 出很快达到稳定 , 此后 压 下 的 响应一 直对 10 娜 的输人积分 , 直至 偏差 小 于 10 0 娜 . 所 以输 出曲线大体上 近 似为一直 线 , 并且斜率 固定 . 当偏差小于 10 0 卿 , 即进人 n 区 后 , 压 下 的 响应是 一个具 有 1 0 脚 阶跃输 人 的 2 阶系统 的动态特性 . }卫遍二 = 一 叁车 }h wL , : 一 h介 h 尸一 h户 布 _ _ `3 ) } h 呼 , 、 一 h介= 拼一 h 介 t h 尸一 h wL H 尹一 h笋 其 中 , 瓜 , ~ 取 0 . 7 倍 的机架 间距 (5 m ) . 确定 了上述参 数后 , 由上 位机计算在每 1 台机架前材和 后材的设定参数的变化量 . 对于 位置和 厚度变化的计算 (第 1 机架 由于有厚度 控制器 , 所 以计算厚度 的变化量 )较 为简单 , 可 以 直接 由式( 4 )计算确定 : △h ` 脚一 h会或△S = 邵 一夕 (4)

Vol.24 No.4 葛平等：冷连轧机的动态变规格过程的计算机仿真 ·473· 但确定速度的变化量时则稍复杂.当机架变规 3.5 (a) 格时，一方面，其上游所有机架的辊速都要同步 3.0 的变化，才能保证上游机架的稳定轧制状态不 2.5 受该机架变规格的影响；另一方面，为了使下游 机架的轧制不被影响，需要维持机架的出口速 2.0 度不变.这样根据秒流量平衡原理，可以计算出 1.5 第机架和第i-1机架应有的速度变化量如式(5) 1.0 所示： -=部 0.5 1+m △Mu1-+f2.点-坠-+合) (5) 1+H,1+f 22 (b) 而第1到第i-2机架的速度则应和第i-1机架同 比例的改变. 当前面确定的楔形段（此时尚未形成）头部 进入第1机架时，即认为开始变规格，于是上位 王 14 机不断跟踪它的轧制过程.当每轧过1/10的长 度，就将第1机架的厚度和速度的设定值增加 1/10的变化量输出给各调节器.这样，AGC和 ATC系统就将轧辊的位置和速度逐步地调整为 0 6 新规格的设定值，同时在第1机架形成了一个 t/s 如图1所示的楔形的过渡段.例如，当从A材变 图5某5机架冷连轧机的动态变规格仿真曲线；()各 到B材时，第1机架的出口厚度要变化， 机架出口厚度变化曲线；()张应力变化曲线 Fig.5 Results of FGC of a 5-stand tandem cold mill △h=h-价，每轧完1/10楔形长度后，第1机架 3.5 的厚度设定值就要增加△h=h,/10.同样张力设 (a) 定亦是如此 3.0 当楔形段依次进人第2一第5机架时，这些 2.5 机架的位置和速度设定值不再采用分10次变 化的方法，而只是在楔形头部进人机架时，一次 目20 性的改变.楔形段在经过各机架的轧制后要不 1.5 断延伸变长.最后当整个楔形段完全通过第5 1.0 机架后，动态变规格过程就完成了. 0.5 3动态变规格的仿真及结果分析 t/s (b) 仿真是针对表1所示的2组真实的钢卷轧 制规程数据进行的，得到图5所示的仿真结果. 18 其中图5(a)是5台机架出口厚度的变化曲线， 图5(b)是4台机架间张力波动曲线.同时为了 14 进行对比，还对第1机架不分10次变规格的情 况也进行了仿真并得到如图6的结果.将2种 10 结果进行对比可以看到，分10次实现变规格时， 除了在焊缝处由于入口厚度的突变造成了一个 0 2 大的突变外，出口厚度总体上是比较平滑地从 旧规格过渡到了新规格，形成一个楔形的过渡 图6直接改变设定来实现动态变规格的仿真曲线； 段.这样张力变化就会减小.但是，从张应力曲 ()各机架出口厚度变化曲线；(b)张应力变化曲线 Fig.6 Results of FGC by direct changing setup

匕】 V . 4 2 N o 一 4 葛平 等 : 冷连 轧机 的动态 变规 格过程 的计 算机仿 真 . 4 3 7 . 但确定速度 的变化量 时则稍复杂 . 当 机i 架变规 格时 , 一方 面 , 其上游所有机架的辊速都要 同步 的变化 , 才能保证上游机架 的稳定 轧制状 态不 受该机架变规格 的影响 ; 另一方面 , 为了使下 游 机架的轧制不 被影响 , 需要维持 i机架的 出 口 速 度不变 . 这样根据秒流量平衡原 理 , 可 以计算 出 第i机架和第 i 一 1机架应有的速度变化量如式( 5) 所示 : 2 . 5 已 遏 2 . 0 灵 = 星卫豆兰_ 仍 _ 砰 . 兰达 一 1+f B 护 ` ’ ` ’ K , ` l丫 B 一又~ . - . 一 甲 二 甲 一 . . 一 一 、 、 \ 一 名人 - · ·、 · , ~ - - - - · - - - 一一、 · 朴 - - - 一 - 一 、 -- - 一 - - - - - - - - - 一 \ 一一一一一二气水拱 … 。 一 丫 ~ 乍亡二二二 ù、 à n气éà , ùR ù 住L2140 = 吮l( 丫 A ) . 工 _ 毗 一 , l( 丫冷 , ) l丫 B 鱿 1叮兮 , ( 5 ) 而第 1 到第 i一 2机架的速度则应 和第 i 一 1机架同 比例 的改变 . 当前面 确定 的楔形段 (此时 尚未形成 )头部 进人第 1 机架时 , 即认 为开始 变规格 , 于 是上位 机不 断跟踪它 的轧制过程 . 当每轧过 1/ 10 的长 度 , 就将第 1 机架的厚度和 速度 的设定值增 加 1/ 10 的变化量输 出 给各 调 节器 . 这样 , A G C 和 户J C 系统就将 轧辊 的位置和 速度逐步地调整 为 新规格的设定值 , 同时在第 1 机架形成 了一个 如图 1 所示 的楔形 的过渡段 . 例如 , 当从 A 材变 到 B 材 时 , 第 1 机 架 的 出 口 厚 度 要 变 化 , △h , = 脚一脚 , 每轧完 1/ or 楔形长度后 , 第 1 机架 的厚度设定值就要增加△:h0 = h l l/ 0 . 同样张力设 定亦是 如此 当楔形段依次进人第 2一第 5 机架 时 , 这些 机架 的 位置和 速度设 定值不再 采用 分 10 次变 化 的方法 , 而只 是在楔形头部进人机架 时 , 一次 性 的改变 . 楔形段在经过各机架 的轧制 后 要不 断延伸变 长 . 最后 当整 个楔形段 完全通过第 5 机架后 , 动态 变规格 过程就完成 了 . 招 髦 一 (b ) 一 _ _ _ _ _ _ _ 、 ` 、班: 长 , _ 。 、 、 , _ … 一 ~ 一 ~ “ . ’ 一 ` 一 ’ 一万 一犷 ’ 犷 一 ’ 一 共辛竺二二 ” 一 ’ 、 - 一 丫 △氏汽 0 2 4 6 8 t/ s 图 5 某 5 机 架冷 连轧机 的动 态变规 格仿 真 曲线 ; (a) 各 机 架 出口 厚度 变化 曲线 ; (b) 张应 力变化 曲线 F ig . 5 R e s u lst o f F G C o f a s 一 s t a n d t a n d e m e o ld m i ll ( a ) 飞 、 - 屯 凡 了 一 一一} 二 - - 一 r 一 - -一 · - - , 一 午 - 一 二 一一一』鱼止 二专兰十刃 . 、 一_ _ _ _ , _ _ . _ _ 气 w 公 、 一 兮一 入 ` . . ` t . . . t t . . … t . 遏灵日 2l 3 动态变规格的仿真及 结果分析 仿真是针对表 1 所示 的 2 组真实 的钢 卷轧 制规程数据进行 的 , 得到 图 5 所示 的仿真结果 . 其 中图 5 a( ) 是 5 台机架 出 口 厚度 的变 化曲线 , 图 5 (b) 是 4 台机架 间张力波动 曲线 . 同时 为了 进行对 比 , 还对第 1 机架不 分 or 次变规格 的情 况也进行 了仿真并得到如 图 6 的结果 . 将 2 种 结果进行对 比可 以看到 , 分 10 次实现变规格时 , 除了在焊缝处 由于入 口 厚度 的突变造成 了一个 大 的 突变外 , 出 口 厚度 总体 上是 比较 平滑 地从 旧 规格过 渡到了新 规格 , 形成一个楔 形的过渡 段 . 这样 张力 变化 就会 减小 . 但 是 , 从 张应力 曲 2 2 L (b ) 一 ` 一 ’ 一 ` 一 ` - - 一 · 一 一弃护朴呼一 n 山多已已 6 } 二 , ! 0 2 4 6 8 t/ S 图 6 直 接改 变设定 来实 现动态 变规格 的仿 真 曲线 ; a( )各机 架 出 口厚度 变化 曲线 ; (b) 张应 力变 化 曲线 F i g . 6 R e s u l t s o f F G C b y d i re c t c h a n g i n g s e t u P

·474· 北京科技大学学报 2002年第4期 线看，它非但没有变小，反而变化幅度更大了 S之间的关系，如式(7)： 再仔细研究这2组曲线会发现，分10次实现变 6VR=K·6S (7) 规格时，在每个机架变规格初的一个很短的时 其中，K将品 4,G 间间隔内，张力出现了较大的波动，此后张力的 再考虑到压下和速度系统的动态特性，可 波动与后一种结果相比都要小得多 以推导出补偿器C的输出表达式： 根据前面所描述的动态变规格方案，在计 算和输出轧辊的速度和位置设定时，只是从静 in-K.GS Gs) (8) 态解耦的角度保证二者给定的匹配，而忽视了 其中Gs)和G(s)分别是压下系统和主传动速 压下和主传动系统的响应是动态的，且响应速 度系统的传递函数 度是不同的，所以虽然给定变化是同步的，但实 同理可以得到补偿器C,的输出表达式： 际的辊缝和辊速的变化却并不同步.即当某个 (9) 机架刚开始变规格时，压下的响应速度很快，辊 V G 缝快速地调节使前后滑变化较大，而此时由于 其中，K'=+)开G件M: 速度系统的响应较慢，辊速基本未变化.于是在 该冷连轧机上的液压压下系统的响应不是 该机架前后都出现了一定的速差，造成其前后 线性的，而是分段线性的，所以补偿器也应当是 张力都急剧的变化，而且对后张力影响更明显. 分段线性的，才能有很好的补偿效果.但综合考 经过一段时间后，辊缝已经基本达到稳定的同 虑控制精度和控制复杂性两方面的要求，只进 时辊速也有了较明显的改变，两者就逐渐接近 行近似的补偿，即在当辊缝变化量大于100m 同步，于是张力的变化也就变小了.因此在张力 时，辊速和辊缝的不同步较严重，必须对二者进 曲线上，出现了一个在变规格初期的、明显的张 行匹配补偿；当辊缝变化量小于100m时，辊 力波动，对于不分次实现变规格的方案，由于在 速和辊缝已经基本同步了，这时则不再补偿. 变规格开始时，各机架出口厚度的变动很剧烈， 加入补偿器后，再次对该轧机的动态变规 对张力的变化有一定的影响，抵消了一部分由 格过程进行了仿真得到如图7所示的结果.显 于辊缝和辊速不同步造成的张力波动，所以从 然，补偿发生了作用，在变规格的初期大大的减 曲线上看，在变规格初期，分10次变规格的张 3.5 (a) 力波动更大一些. 因此，考虑设计2个补偿器C,和C2来实现 变规格时轧机辊缝与辊速变化的同步，减小张 力的波动.补偿器C,和C,的输人均为第机架 1.5 辊缝设定的变化量，C,的输出为第机架辊速给 定的变化量，C,的输出为第i-1机架辊速给定的 变化量.当第机架调节其辊缝时，补偿器C,不 0 断地输出相应的速度设定给主电机调整辊速， 使本机架的出口速度维持不变，从而使前张力 (b) 不变化.同时，由补偿器C:改变第i-1机架的速 22 度给定而调整其辊速，使-1机架的出口速度能 18 跟随第机架的入口速度的变化，从而使第机架 的后张力不变化.此外，第1机架到第一2机架 14 6 的速度也应做同步变化，其速度给定变化的百 分比与第i-1机架相同.为了使第机架的出口 速度保持恒定，须满足式(6)： 6 δVa.=(1+f)δVR+Vra'·6f=0 (6) t/s 代人轧制过程的前滑模型并对其进行线性化处 理，就可以得到辊速变化量'R和辊缝改变量 图7补偿后的仿真结果 Fig.7 Results after compensation

. 4 7 4 . 北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 2 年 第 4 期 线看 , 它非但没有变小 , 反而 变化幅度更大了 . 再仔细研究这 2 组 曲线会发现 , 分 10 次 实现变 规格时 , 在 每个机架 变规格初 的 一个 很短的 时 间间隔内 , 张力 出现 了较大的波动 , 此后 张力的 波动与后一种结果相 比都要小得多 . 根据前面 所描述 的动态变规格方案 , 在计 算 和输 出轧辊 的速度 和位置设定 时 , 只 是从静 态解祸 的角 度保证 二者给定 的 匹配 , 而忽视 了 压下和 主传动 系统 的响应是动态 的 , 且响应速 度是不 同的 , 所以 虽 然 给定变化是 同步的 , 但实 际的辊缝 和辊速 的变化却并不 同步 . 即当某个 机架刚开始变规格时 , 压下 的响应速度很快 , 辊 缝快速地调节使前后 滑变化较 大 , 而此时 由于 速度系统 的响应较慢 , 辊速基本未变化 . 于 是在 该机架前后 都 出现 了一定 的速差 , 造成其前后 张力都急剧的 变化 , 而 且对后张力影响更 明显 . 经过一 段时 间后 , 辊缝 已 经基 本达到稳定的同 时辊速也有 了较 明显 的改变 , 两者就逐渐接近 同步 , 于是张力的变化也就变小 了 . 因此在张力 曲线上 , 出现 了 一个在变规格初期的 、 明显的 张 力波动 . 对于 不分次实现变规格 的方案 , 由于 在 变规格 开始时 , 各机架出 口 厚度 的变动很剧烈 , 对张力的变化有一定 的影响 , 抵 消了 一部 分由 于 辊缝和 辊速不 同步造成 的张力波动 , 所 以从 曲线上看 , 在变规格初期 , 分 功 次变规格 的张 力波动 更大一 些 . 因 此 , 考虑设计 2 个补偿器 C l 和 C Z来实 现 变规格时 轧机辊缝与辊速变化的同步 , 减小 张 力 的波动 . 补偿器 C ; 和 C Z 的输 人均为第i机架 辊缝设定 的变化量 , c , 的输 出为第 i机架辊速 给 定的变化量 , c Z 的输 出为第i 一 1机架辊速给定 的 变化量 . 当第i机 架调 节其辊缝时 , 补 偿器 C I 不 断地输 出相应的 速度设定 给主 电机调 整 辊 速 , 使本机架 的出 口速 度维持不变 , 从而 使前张力 不变化 . 同时 , 由补偿器 C Z 改变第 i 一 l 机架 的速 度给定而调整其辊速 , 使i一 1机架 的 出口 速度能 跟随第i机架 的人 口 速度 的变化 , 从而使第 i机架 的后张力不 变化 . 此外 , 第 l 机架到第 i 一 2机架 的速度也应做 同步变化 , 其速度给定变化的 百 分 比与第 i 一 l 机架相 同 . 为 了使第 i机架的 出口 速度保持恒定 , 须满足 式 (6 ) : 咨Vo , , 二 ( 1+f ` ) · 占玫 ,+ 玖 , 厂 · 鱿 二 0 ( 6 ) 代人轧制过程的前滑模型 并对其进行线性化处 理 , 就可 以 得到辊速变化量咨玫 `和辊缝改变量 战之 间的关 系 , 如式 ( 7) : 咨玖 , , “ K · 战 ( 7 ) 其中 , 、 一 奇 · 赢 · ( 再考 虑到压 下 和速知度 系统 的动态特性 , 可 以推 导 出补偿 器 C , 的输 出表达式 : 占’Vt ` ” K · G H (S ) vG s( ) 占瑟 ( 8 ) 其中 G 试s) 和 Gvs( )分别是 压下 系统和主传动速 度系统的传 递函数 . 同理 可 以得 到补偿 器 C Z 的 输 出表达式 : 咨玖 , ` = K ` 饰(s ) vG ( s ) 心 ( 9 ) 其 中 代 , G 人 ` = 下百了 一二二一 又 一 丁石 · 丁; 万, 丁了 、 1幼 一 , ) ` 月 ` 匕十川 ` 该冷连轧机上的液压压下 系统的响应不是 线性的 , 而是分段线性的 , 所以 补偿器也应 当是 分段线性的 , 才能有很好 的补偿效果 . 但综合考 虑控 制精 度和 控制复杂性 两方面的要 求 , 只进 行近似的补偿 , 即在 当辊缝 变化量 大于 10 林m 时 , 辊速和辊缝 的不同步较严重 , 必须对二者进 行匹 配 补偿 ; 当辊缝 变化 量小于 10 脚 时 , 辊 速和辊缝 已经基本 同步 了 , 这 时则不再补 偿 . 加人补偿器后 , 再次对该轧机 的动态变规 格过程进行 了仿真得 到如图 7 所示 的结果 . 显 然 , 补偿发生 了作用 , 在变规格 的初期大大 的减 f 卜 。 . - . - - - -. - - - - -- - - - , - - . -一f 弋 一 ’ - 一一 匕_ 一 · · 一 ~ 一 ” 一 二二瑟二:二一 ~ 一 ’ . ` 协 一 策丈止二… 月今日 2 2 } (b ) · · · · - · 一 · · · · 一 , - 丫蜘演夯一 一价一 , 一 、 生 一 一 创山门ó 1。 } - - - , - 一评 - - 一 一一 - - ~ - - - - - - - 一 图 7 补偿后 的仿真 结果 F ig · 7 eR s u lt s a ft e r e o m P e n s a U o n

Vol.24 No.4 葛平等：冷连轧机的动态变规格过程的计算机仿真 ·475▣ 少了张力的波动， 。一机架的带钢出口速度； 4结束语 f一带钢的前滑； M一带钢的塑性系数： 通过仿真以及分析，对该冷连轧机的动态 G一机架的刚度； 变规格过程进行了详细的研究.研究结果表明 Lk一楔形过渡段的长度： LGk一楔形过渡段的起点到焊缝的长度： 该轧机的动态变规格方案能够成功的实现动态 B下标的含义 变规格，并且在变规格的同时基本能保证不影 i一机架号； 响上游和下游机架的稳态轧制过程.但在变规 WL一焊缝处的参数； 格过程中由于没有考虑压下系统和速度系统的 C上标的含义 动态特性，而使得张力的控制不是很理想，通过 *一丁作点参数： 补偿以后，控制效果得到了一定的改进.至于如 「一压下和速度系统的给定值： A一旧规格的参数； 何获得更加理想的动态变规格过程，还需要做 B一新规格的参数. 进一步的研究 参考文献 附录 1华建新，王贞样.全连续式冷连轧机过程控制M.北 A文中符号的含义 京：冶金工业出版社，2000 H一机架的入口厚度； 2唐谋凤.现代带钢冷连轧机的自动化M.北京：治金 一机架的出口厚度； 工业出版社，1995 S一轧辊的位置（辊缝）方 3 Yoshikazu Mori.Modernization of Gage Control System V。一轧辊的线速度（辊速）方 at Sumitomo Wakayama 5-stand cold mill [J].Iron and Steel Engineer,1999,76(8):46 Computer Simulation of Flying Gage Change(FGC) on 5-Stand Tandem Cold Rolling Mill GE Ping,WANG Li,SUN Yikang Information Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACTS The FGC(flying gage change)process on an actual 5-stand tandem cold mill by simulation was researched.First,its FGC simulation system was given and its technology to realize FGC was analyzed. Then a simulation was done on an actual 5-stand tandem cold mill.By detailed analyzing the results,It indi- cated the deficiency of current technology and advanced a measure to improve the mill's dynamic characteris- tics.Simulation results confirmed its effectiveness and feasibility KEY WORDS FGC;simulation;tandem cold rolling

V b l . 2 4 N o . 4 葛 平等 : 冷连轧 机 的动态变 规格过 程 的计算机 仿真 . 4 7 5 · 少了 张力的波动 . 4 结束语 通过仿 真以 及分析 , 对 该冷连轧机 的动态 变规格 过程进行 了详细 的研究 . 研究结果表 明 该轧机 的动态变规格方案能够成功 的 实现动态 变规格 , 并且在变规格 的同时基 本能保证不影 响上游 和下 游机架 的 稳态轧制过程 . 但 在变规 格过程中由于没有考虑压下系统 和速度 系统的 动态特性 , 而使得张力的控制不是很理想 , 通过 补偿以后 , 控制效果得 到了一定的改进 . 至 于 如 何获得更加理想 的动 态变 规格过程 , 还需 要做 进一步 的研究 . 附 录 A 文中符 号的含 义 刀` 机架 的人 口 厚 度 ; 儿一 机架 的出 口 厚 度 ; S 一 轧辊 的位置 (辊缝 ) ; 脸一 轧辊 的线 速度 (辊速 ) ; Vo 一 机架 的带 钢 出 口 速度 ; 厂一 带钢 的前滑 ; 五手一 带钢 的塑性 系数 ; G一 机架 的刚 度 ; L一 楔形 过渡段 的长度 ; L一楔形过 渡段 的起点 到焊缝的长 度 ; B 下标 的含 义 i 一 机架 号 ; W L一 焊缝 处 的参数 ; C 上 标的 含义 , 一工作点参数 ; r 一 压 下 和速度 系统 的给定值 ; A一旧 规格 的参数 ; B一新规格 的参 数 . 参 考 文 献 l 华 建新 , 王贞祥 . 全 连续式 冷连 轧机过 程控 制 [M」 . 北 京 : 冶金 工业 出版社 , 20 0 2 唐 谋凤 . 现代带 钢冷 连轧机 的 自动 化 【M」 . 北京 : 冶金 工 业 出版 社 , 1 9 5 3 oY s h ik auz M o r i . M o d e m i z at i o n o f G a g e C o n t r o l S y s t e m at S um iot m o W么k ay am a s 一 st an d e o ld m i ll [J ] . rI o n an d S et e l E n g i n e e r, 1 9 9 9 , 7 6 ( 8 ) : 4 6 C o m Put e r S im u l a t i o n o f F l y i n g G a g e C h an g e ( F G C ) o n s 一 S t a n d T’a n d e m C o l d R o l l i n g M i l l G百 P ” 2 9 , 洲刃G L 毛 S U N )认a gn I n of rm at i o n E n g i n e e r i n g S e h o o l , U S T B e ij i n g , B e ij in g 10 0 0 8 3 , Ch i n a A B S T R A C T S T h e F G C ( fl y i n g g a g e c h a n g e ) P r o e e s s o n a n a c tu a l s 一 s t an d t a n d e m c o l d m ill b y s im u l at i o n w a s r e s e ar e h e d . F i r s t , it s F G C s im u l at i o n s y st e m w a s g i v e n an d it s t e c hn o l o gy t o r e a li z e FG C w a s a n a l y z e d . T h e n a s im u l at i o n w a s d o n e o n an a e ut a l s 一 s t an d t a n d e m e o ld m ill . B y d e t a il e d an a l y z i n g t h e r e s u lt s , I t i n d i - e at e d ht e d e if e i e n e y o f e ur e in te e hn o l o g y an d a dV an e e d a m e a s ur e t o im Por v e t h e m ill , s 勿n a m i e e h ar a e t e ir s - t i c s . S i mu l a t i o n r e s u lt s e o n if mr e d it s e fe c t i v e n e s s an d fe a s ib ili yt . K E Y W O R D S F G C : s im u l a t i o n ; t a n d e m e o ld or l li n g