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D0I:10.13374/i.issnl00It03.2008.02.010 第30卷第2期 北京科技大学学报 Vol.30 No.2 2008年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.2008 宽带钢冷连轧机综合耦合模型的分步解耦设计 彭鹏杨荃 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083 摘要对影响板形，板厚和张力的各种轧制因素进行了系统的理论分析，建立了冷连轧机综合耦合模型.针对耦合模型的 特点提出分步解耦设计策略，相对于常规解耦设计可明显简化解耦过程，并给出各解耦环节的简化方案以利于实际工程应 用，基于某1250mm八辊五机架冷连轧机第1机架的实际参数，采用Matlab/Simulink工具对简化后的分步解耦系统进行分 析，仿真结果表明其可有效消除轧制过程中板形、板厚和张力控制之间的耦合影响关系， 关键词宽带钢：冷连轧机：耦合关系；耦合模型：解耦设计 分类号TG334.9 Ordinal decoupling design of the complex coupling model for a wide strip tandem cold mill PENG Peng,YANG Quan National Engineering Research Center for Advanced Rolling Technology.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT A complex coupling model for wide strip tandem cold mills was established based on systematic analysis on the factors affecting on shape,gauge and tension.Aiming at the characteristics of the model,ordinal decoupling design was put forward which could simplify decoupling process more explicitly than normal decoupling design.and the simplified method of decoupling channels was given for practical application.Based on actual rolling parameters of the first stand of a 1250mm 8-high 5-stand tandem cold mill,the ordinal decoupling system after simplified was analyzed by Matlab/Simulink tools,and the results show its decoupling effectiveness. KEY WORDS wide strip:tandem cold mill:coupling relation:coupling model:decoupling design 冷连轧过程中，板形控制、板厚控制和张力控制 板厚控制和板厚张力控制的耦合问题做了很多的研 之间存在着复杂的耦合关系，但在常规的冷连轧板 究和实践].为了进一步提高板形、板厚和张力 形、板厚和张力控制的研究中，多采用单变量控制系 的控制精度，对冷连轧耦合现象进行深入的分析，建 统的原则来分别设计板形、板厚、张力控制系统，即 立冷连轧机综合耦合模型，并选择合适的解耦方案 主观地认为板形、板厚和张力控制之间不存在耦合 进行解耦设计以实现解耦控制是十分必要的，也是 影响关系，这种原理上的缺陷制约着控制精度的进 冷连轧技术进一步发展的重点和难点， 一步提高2]. 1冷连轧机综合耦合模型 随着轧制技术的不断发展，人们对冷连轧过程 中的耦合问题给予了越来越多的重视，英国钢铁研 根据轧制压力方程、广义弹跳方程、出口凸度方 究协会的Wist reich首先提出了板形板厚综合控制 程、前滑模型、出入口速度公式，泰勒级数展开线性 的概念，1972年该协会的Tarokh等人采用调节轧 化，求解可得增量出口厚度方程、增量出口凸度方程 机压下、总张力和工作辊弯辊的方法实现了板形板 和增量出口和入口单位张力方程0)，写成矩阵形 厚综合控制3.之后，国内外一些学者针对板形 式，即可得到冷连轧控制对象的输入输出关系式： Y=TM+VY (1) 收稿日期：2006-12-08修回日期：2007-03-11 基金项目：国家重大技术装备研制项目（科技攻关计划）(N。·ZZ02 其中，Y=（hi,Ch.i,0.i,.i),输出矢量； 13B-03) M=(0S,F,VR.i,OVR,i-1)T,输入矢量； 作者简介：彭鹏(1982一)，男，博士研究生：杨荃(1964一)男， 研究员，博士宽带钢冷连轧机综合耦合模型的分步解耦设计 彭 鹏 杨 荃 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心北京100083 摘 要 对影响板形、板厚和张力的各种轧制因素进行了系统的理论分析建立了冷连轧机综合耦合模型．针对耦合模型的 特点提出分步解耦设计策略相对于常规解耦设计可明显简化解耦过程并给出各解耦环节的简化方案以利于实际工程应 用．基于某1250mm 八辊五机架冷连轧机第1机架的实际参数采用 Matlab／Simulink 工具对简化后的分步解耦系统进行分 析仿真结果表明其可有效消除轧制过程中板形、板厚和张力控制之间的耦合影响关系． 关键词 宽带钢；冷连轧机；耦合关系；耦合模型；解耦设计 分类号 TG334∙9 Ordinal decoupling design of the complex coupling model for a wide strip tandem cold mill PENG PengY A NG Quan National Engineering Research Center for Advanced Rolling TechnologyUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT A complex coupling model for wide strip tandem cold mills was established based on systematic analysis on the factors affecting on shapegauge and tension．Aiming at the characteristics of the modelordinal decoupling design was put forward which could simplify decoupling process more explicitly than normal decoupling designand the simplified method of decoupling channels was given for practical application．Based on actual rolling parameters of the first stand of a1250mm8-high5-stand tandem cold millthe ordinal decoupling system after simplified was analyzed by Matlab／Simulink toolsand the results show its decoupling effectiveness． KEY WORDS wide strip；tandem cold mill；coupling relation；coupling model；decoupling design 收稿日期：2006-12-08 修回日期：2007-03-11 基金项目：国家重大技术装备研制项目（科技攻关计划）（No．ZZ02－ 13B－03） 作者简介：彭 鹏（1982－）男博士研究生；杨 荃（1964－）男 研究员博士 冷连轧过程中板形控制、板厚控制和张力控制 之间存在着复杂的耦合关系．但在常规的冷连轧板 形、板厚和张力控制的研究中多采用单变量控制系 统的原则来分别设计板形、板厚、张力控制系统即 主观地认为板形、板厚和张力控制之间不存在耦合 影响关系这种原理上的缺陷制约着控制精度的进 一步提高［1－2］． 随着轧制技术的不断发展人们对冷连轧过程 中的耦合问题给予了越来越多的重视．英国钢铁研 究协会的 Wistreich 首先提出了板形板厚综合控制 的概念1972年该协会的 Tarokh 等人采用调节轧 机压下、总张力和工作辊弯辊的方法实现了板形板 厚综合控制［3－4］．之后国内外一些学者针对板形 板厚控制和板厚张力控制的耦合问题做了很多的研 究和实践［5－8］．为了进一步提高板形、板厚和张力 的控制精度对冷连轧耦合现象进行深入的分析建 立冷连轧机综合耦合模型并选择合适的解耦方案 进行解耦设计以实现解耦控制是十分必要的也是 冷连轧技术进一步发展的重点和难点． 1 冷连轧机综合耦合模型 根据轧制压力方程、广义弹跳方程、出口凸度方 程、前滑模型、出入口速度公式泰勒级数展开线性 化求解可得增量出口厚度方程、增量出口凸度方程 和增量出口和入口单位张力方程［9－10］写成矩阵形 式即可得到冷连轧控制对象的输入输出关系式： Y＝TM＋VY （1） 其中Y ＝ （δhiδChiδτfiδτbi ） T输出矢量； M＝（δSiδFiδV RiδV Ri－1） T输入矢量； 第30卷 第2期 2008年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．30No．2 Feb．2008 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2008．02．010