張景然

（東芝三菱電機(jī)工業(yè)系統(tǒng)(中國)有限公司，北京 100062）

1 概述

在熱軋板帶生產(chǎn)過程中，板帶的厚度命中率是衡量熱軋板帶成品的最重要的指標(biāo)之一，隨著市場(chǎng)需求側(cè)對(duì)板帶質(zhì)量越來越高的要求，國內(nèi)越來越多的熱軋廠對(duì)厚度指標(biāo)要求越來越高。在熱軋自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，直接控制成品厚度的是精軋機(jī)組的自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)AGC（Finisher Automatic Gage Control），但是AGC控制大多采用的反饋閉環(huán)控制，即采集精軋出口的實(shí)時(shí)厚度，對(duì)前面的機(jī)架進(jìn)行厚度補(bǔ)償，這樣的措施均存在一定的滯后性。因此對(duì)一些影響厚度控制的因素進(jìn)行提前預(yù)測(cè)和補(bǔ)償是很有必要的。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于軋輥的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在支撐輥的表面存在著很多的細(xì)凹槽，這些凹槽直接改變了工作輥的輥縫，因此也就直接影響了帶鋼的厚度精度，同時(shí)在AGC控制過程中，對(duì)軋機(jī)彈跳模數(shù)（MMC）的控制也存在不利的影響。這些不利因素要求自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充控制，從而消除其不利影響。

軋輥偏心的直接影響反映在帶鋼厚度和軋輥軋制力的周期性變化上，通過現(xiàn)場(chǎng)安裝的傳感器測(cè)量得到這些數(shù)據(jù)，通過軋輥偏心控制系統(tǒng)輸出軋輥的輥縫補(bǔ)償，加載軋輥的輥縫設(shè)定中。以7機(jī)架熱軋為例，該輥縫補(bǔ)償作用于后三個(gè)機(jī)架（F5,F6,F7）的輥縫設(shè)定中。并且通過濾波降低軋制力的波動(dòng)，從而降低對(duì)軋機(jī)模數(shù)控制MMC的不利影響。7機(jī)架軋輥偏心控制功能如下表所示。

表1 7機(jī)架軋輥偏心控制功能

2 軋輥偏心控制的結(jié)構(gòu)圖

軋輥偏心控制REC的結(jié)構(gòu)圖圖1和圖2所示

圖1 軋輥偏心控制結(jié)構(gòu)圖

圖2 軋輥偏心控制結(jié)構(gòu)圖

3 偏心控制系統(tǒng)的功能描述

3.1 概述

軋輥偏心產(chǎn)生了軋制力的周期性變化，通過采集這個(gè)周期性偏差，基于軋制力的軋輥偏心控制（RF-REC）控制輥縫用于消除軋輥偏心的影響。如圖3所示。

圖3 軋輥偏心對(duì)軋制力的影響

3.2 控制方法

偏心控制系統(tǒng)的基本原理如圖4所示，偏心控制系統(tǒng)是基于重復(fù)控制理論，常用于輸出是周期性變化的控制系統(tǒng)。

圖4 基于軋制力的偏心控制基本原理圖

在REC系統(tǒng)中，支撐輥的位置（360o）被分為30等份，被等分的其中一份等于12o，對(duì)應(yīng)支撐輥一圈中的具體位置，例如當(dāng)其中一個(gè)位置到達(dá)正下方時(shí)，如果軋制力發(fā)生周期性變化時(shí)，它就可以被認(rèn)為軋輥偏心，從而產(chǎn)生了軋制力周期性變化。

如上圖所示，每一個(gè)加法器對(duì)應(yīng)一個(gè)等份，即每一個(gè)加法器包含了對(duì)應(yīng)每個(gè)支撐輥位置的累加軋制力偏差，REC啟動(dòng)之后，在學(xué)習(xí)模型中，軋制力偏差存儲(chǔ)在每一個(gè)對(duì)應(yīng)的加法器中。在控制輸出模型中，開關(guān)的控制對(duì)應(yīng)每一個(gè)支撐輥等分點(diǎn)，加法器中的軋制力偏差經(jīng)過增益計(jì)算得出軋輥輥縫偏差值作為偏差控制系統(tǒng)的輸出。

該控制方法基于多個(gè)積分器的反饋控制，其主要目的是為了消除由上游軋輥偏心導(dǎo)致的帶鋼厚度的周期性波動(dòng)。

4 軋制力偏差的采集辦法

通常無偏心的軋制力不是固定不變的，由于帶鋼溫度的變化和操作人員對(duì)于輥縫的手動(dòng)干預(yù)，軋輥的軋制力是呈近似線性的變化趨勢(shì)，因此對(duì)于從實(shí)際軋制力中精確的采集由偏心造成的軋制力的變化量是很重要的。

圖5 支撐輥的軋制力采集圖和等分示意圖

如圖5所示，由軋輥偏心造成的軋制力如圖中P10，P11，P12等所示，一般情況下由于軋制力信號(hào)存在擾動(dòng)，很難正確采集到精確的軋制力，因此在支撐輥轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的周期內(nèi)，需要采集的是平均值。

因此由偏心造成的軋制力波動(dòng)值定義如下：

其中：i：REC控制開始時(shí)支撐輥的圈數(shù)。

j：支撐輥的等分位置（0＜=j＜=n-1）。

n：支撐輥的等分?jǐn)?shù)（n=30）。

P：軋制力[kN]。

5 支撐輥位置的計(jì)算方法

在基于軋制力的偏心控制中，跟蹤計(jì)算出支撐輥的位置（角度）對(duì)于補(bǔ)償控制是至關(guān)重要的，計(jì)算如下：

pBUR：支撐輥每圈總的脈沖值[-]。

p：主電機(jī)每圈總的脈沖值[-]。

GR：齒輪箱的減速比[-]。

DBUR：支撐輥的直徑[mm]。

DWR：對(duì)應(yīng)工作輥的直徑[mm]。

6 偏心補(bǔ)償控制的應(yīng)用

軋輥偏心補(bǔ)償REC是反饋控制，控制應(yīng)該在實(shí)際軋制力產(chǎn)生之后啟動(dòng)，即在軋輥咬鋼信號(hào)產(chǎn)生之后投入使用，具體流程如下。

（1）在軋輥咬鋼之前，由REC產(chǎn)生的軋輥補(bǔ)償值先清楚或者保存至其他位置。

（2）軋輥咬鋼之后，在T1[sec]內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制輸出。

（3）軋輥咬鋼之后，延時(shí)T1[sec]后，REC啟動(dòng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（4）軋輥咬鋼之后，等待支撐輥轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，在轉(zhuǎn)動(dòng)一圈的過程中，學(xué)習(xí)模型投入使用，系統(tǒng)采集軋制力，數(shù)據(jù)收集在加法器中，同時(shí)記錄咬鋼后支撐輥的圈數(shù)。

（5）學(xué)習(xí)模型啟動(dòng)后，數(shù)據(jù)控制輸出進(jìn)入到交叉過程中。交叉過程是指前塊鋼的數(shù)據(jù)計(jì)算輸出結(jié)果退出，當(dāng)前鋼的數(shù)據(jù)計(jì)算輸出結(jié)果漸漸投入，兩者處于短暫的交叉過程中。

（6）時(shí)間T1和交叉過程時(shí)間要求工程人員在調(diào)試過程中精調(diào)所得。

投入流程如圖6所示：

圖6 偏心控制REC投入使用的時(shí)間模型

7 結(jié)束語

軋輥偏心控制對(duì)于由支撐輥機(jī)械結(jié)構(gòu)造成的厚度偏差有良好的補(bǔ)償作用，基于以下幾點(diǎn)，對(duì)于控制系統(tǒng)有更高的響應(yīng)要求，以及對(duì)于熱軋模型有更好的學(xué)習(xí)機(jī)制。首先支撐輥分為上下支撐輥，上下支撐輥的輥徑存在著偏差，這樣會(huì)造成上下輥不同步的現(xiàn)象，因此需要REC控制系統(tǒng)有相對(duì)上下輥獨(dú)立的控制體系；其次由軋制力偏差計(jì)算出輥縫偏差是由軋機(jī)模數(shù)和彈跳系數(shù)決定的，而軋機(jī)模數(shù)和彈掉系統(tǒng)由軋機(jī)模型計(jì)算得出；REC控制器是基于時(shí)間進(jìn)行計(jì)算，每次控制頻率在2ms左右，控制輸出在支撐輥每等分點(diǎn)的邊緣處。因此如何提高控制精度，加快系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。