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 systemV 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