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D0I:10.13374/i.issnl00113.2007..020 第29卷第3期 北京科技大学学报 Vol.29 No.3 2007年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2007 热轧带钢板形板厚反馈解耦控制 令狐克志) 何安瑞)杨荃)赵林)郭晓波 1)北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京1000832)鞍山钢铁集团公司，鞍山114021 摘要宽带钢热连轧过程中，板形控制和板厚控制本质上都是对轧制过程中有载辊缝的控制，因此两者各自的控制回路必 然存在着相互耦合的关系，这种耦合关系严重影响热轧宽带钢板形板厚综合质量的提高·本文在建立板形板厚耦合模型的基 础上，采用反馈解耦控制方法，实现了板形板厚的解耦控制.计算机仿真结果表明，解耦控制环节的引入，基本消除板厚控制 和板形控制之间的影响，尤其是消除辊缝调节对板凸度的连带干扰，解耦控制效果良好， 关键词钢板；热连轧；板形控制：板厚控制：反馈解耦 分类号TP273+.4 随着现代工业的迅速发展，板带材应用越来越 的大小来消除各种因素变化对轧件厚度的影响，自 广泛，在对板带厚度要求越来越高的同时，对带钢板 弹跳方程提出以来，经过几十年的发展，板厚控制技 形的要求也越来越严格.自20世纪50年代英国钢 术已经相对成熟，为了考虑板厚控制对板形凸度的 铁协会(BISRA)提出弹跳方程以来，厚度自动控制 影响，文献[3]对弹跳方程作了适当的改进，引入了 系统(AGC)得到很好的发展，板带纵向厚度精度得 弯辊力纵向刚度Mw,改进的弹跳方程为： 到很好的改进，但是，由于AGC属于正反馈控制， h=s+F+2+0p+GM (1) 纵向厚度的改善带来了压力波动的加大，带钢板形 Mp Mw 质量或者说横向厚差质量恶化山.为了保证获得良 式中，h为带钢出口厚度，S为轧机空载辊缝，Fo为 好厚度精度的同时获得较好的板形精度，目前较为 轧机轧辊预压靠力，Mp为轧制力纵向刚度，Or为 常用的控制方法就是利用Shohet[]的控制策略，即 轧制条件下轧机轴承的油膜厚度，G为由于轧辊 采用热连轧多机架分工联合控制的方法，前几个机 热膨胀及磨损等引起的轧机中心线空载辊缝的漂 架主要控制压下获取纵向目标厚度，末机架（成品机 移，Mw为使机座开口度增加1mm所加的弯辊力， 架)控制横向厚差保证板形的策略。这种控制方法 Fw为实际弯辊力，Fp为实际轧制力， 由于没有从板形板厚控制之间存在的耦合机理出 1.2板形控制数学模型 发，因此虽然带钢质量得到一定改善，但是从实测结 板形控制主要通过液压弯辊机构调整有载辊缝 果中可以看出带钢质量波动很大，尤其是当热连轧 的形状来实现带钢凸度的控制，因此凸度方程可以 机组引入强力液压弯辊之后3)，板形板厚控制之间 写为： 的耦合矛盾愈加明显，影响带钢综合质量的提高， 因此研究板形板厚的耦合机理进而提出解耦控制方 G-=是长+KaCa+KwGex十KaGm 法已经成为提高宽带钢热连轧综合质量控制非常迫 (2) 切的任务 式中，Ch为带钢出口凸度，CH,CwR和CBR为带钢 来料凸度、工作辊形和支持辊辊形，Kp和Kw为轧 1板形板厚数学模型 制力和弯辊力的横向刚度，KH,KWR和KBR为带钢 1.1板厚控制数学模型 来料凸度、工作辊凸度和支持辊凸度对带钢出口凸 宽带钢热连轧机组中，板厚控制主要控制有载 度的影响系数， 辊缝的中点开口度，采用液压压下机构来控制辊缝 1.3执行机构数学模型 板形板厚的执行机构分别为液压弯辊和液压压 收稿日期：2005-12-01修回日期：2006-04-18 下机构，在一般情况下可以简化为二阶振荡环节，即 基金项目：“九五”国家重大技术装备研制项目(N。.97-31-001) 作者简介：令狐克志(1978一)，男，博士研究生：杨荃(1964一)， 数学描述为： 男，教授，博士生导师热轧带钢板形板厚反馈解耦控制 令狐克志1） 何安瑞1） 杨 荃1） 赵 林2） 郭晓波2） 1） 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083 2） 鞍山钢铁集团公司鞍山114021 摘 要 宽带钢热连轧过程中板形控制和板厚控制本质上都是对轧制过程中有载辊缝的控制因此两者各自的控制回路必 然存在着相互耦合的关系这种耦合关系严重影响热轧宽带钢板形板厚综合质量的提高．本文在建立板形板厚耦合模型的基 础上采用反馈解耦控制方法实现了板形板厚的解耦控制．计算机仿真结果表明解耦控制环节的引入基本消除板厚控制 和板形控制之间的影响尤其是消除辊缝调节对板凸度的连带干扰解耦控制效果良好． 关键词 钢板；热连轧；板形控制；板厚控制；反馈解耦 分类号 TP273＋∙4 收稿日期：20051201 修回日期：20060418 基金项目：“九五”国家重大技术装备研制项目（No．97－316－01－01） 作者简介：令狐克志（1978－）男博士研究生；杨 荃（1964－） 男教授博士生导师 随着现代工业的迅速发展板带材应用越来越 广泛在对板带厚度要求越来越高的同时对带钢板 形的要求也越来越严格．自20世纪50年代英国钢 铁协会（BISRA）提出弹跳方程以来厚度自动控制 系统（AGC）得到很好的发展板带纵向厚度精度得 到很好的改进．但是由于 AGC 属于正反馈控制 纵向厚度的改善带来了压力波动的加大带钢板形 质量或者说横向厚差质量恶化［1］．为了保证获得良 好厚度精度的同时获得较好的板形精度目前较为 常用的控制方法就是利用 Shohet ［2］的控制策略即 采用热连轧多机架分工联合控制的方法前几个机 架主要控制压下获取纵向目标厚度末机架（成品机 架）控制横向厚差保证板形的策略．这种控制方法 由于没有从板形板厚控制之间存在的耦合机理出 发因此虽然带钢质量得到一定改善但是从实测结 果中可以看出带钢质量波动很大尤其是当热连轧 机组引入强力液压弯辊之后［3］板形板厚控制之间 的耦合矛盾愈加明显影响带钢综合质量的提高． 因此研究板形板厚的耦合机理进而提出解耦控制方 法已经成为提高宽带钢热连轧综合质量控制非常迫 切的任务． 1 板形板厚数学模型 1∙1 板厚控制数学模型 宽带钢热连轧机组中板厚控制主要控制有载 辊缝的中点开口度采用液压压下机构来控制辊缝 的大小来消除各种因素变化对轧件厚度的影响．自 弹跳方程提出以来经过几十年的发展板厚控制技 术已经相对成熟．为了考虑板厚控制对板形凸度的 影响文献［3］对弹跳方程作了适当的改进引入了 弯辊力纵向刚度 MW改进的弹跳方程为： h＝S＋ FP－FP0 MP ＋ 2FW MW ＋ OF＋ G M （1） 式中h 为带钢出口厚度S 为轧机空载辊缝FP0为 轧机轧辊预压靠力MP 为轧制力纵向刚度OF 为 轧制条件下轧机轴承的油膜厚度G M 为由于轧辊 热膨胀及磨损等引起的轧机中心线空载辊缝的漂 移MW 为使机座开口度增加1mm 所加的弯辊力 FW 为实际弯辊力FP 为实际轧制力． 1∙2 板形控制数学模型 板形控制主要通过液压弯辊机构调整有载辊缝 的形状来实现带钢凸度的控制因此凸度方程可以 写为： Ch＝ FP KP － FW K W ＋ K H CH＋ K WR CWR＋ KBR CBR （2） 式中Ch 为带钢出口凸度CHCWR和 CBR为带钢 来料凸度、工作辊形和支持辊辊形KP 和 K W 为轧 制力和弯辊力的横向刚度K HK WR和 KBR为带钢 来料凸度、工作辊凸度和支持辊凸度对带钢出口凸 度的影响系数． 1∙3 执行机构数学模型 板形板厚的执行机构分别为液压弯辊和液压压 下机构在一般情况下可以简化为二阶振荡环节即 数学描述为： 第29卷 第3期 2007年 3月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．3 Mar．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．03．020