高精度冷连轧厚度控制策略的研究与应用

摘要

厚度精度是冷连轧带钢最主要的尺寸精度之一，厚度自动控制一直是冷连轧生产中不可缺少的组成部分。本文以某薄板科技有限公司1450mm五机架冷连轧机建设项目为背景，通过对模型设定系统、液压执行机构控制系统、机架间张力控制系统和厚度自动控制系统等进行研究，建立了一套综合的冷连轧厚度控制策略，并将其应用于生产实际，且取得了良好的效果。主要研究内容如下：
　　(1)依据冷连轧工艺特点，研究了可在线工程应用的数学模型。为了保证模型设定的精度以及解决传统方法难以求解的问题，采用了简易有限元法对轧制参数进行计算。为了提高辊缝预设定的精度，采用了一种新型的冷连轧机弹跳模型。综合考虑了冷连轧过程中的重要因素，开发了一种基于成本函数的多目标轧制规程优化模型。
　　(2)研究了液压执行机构和机架间张力的控制系统。对液压压上系统的位置控制模式、轧制力控制模式和单侧控制模式进行了分析，并对液压弯辊系统和液压轧辊横移系统的控制策略进行了深入分析。针对伺服非线性和伺服零偏等特性，开发了相应的补偿控制策略。提出了基于动态张力阈值的机架间张力控制策略，分别对正常张力控制闭环和极限张力控制闭环进行了深入研究。
　　(3)结合轧机的仪表配置，设计并建立了五机架冷连轧厚度自动控制系统。通过在第1和第2机架设置多种类型的AGC，将大部分尖峰性的厚度偏差在前部机架消除。在末机架采用多种AGC控制策略，针对不同的轧制策略保证了成品厚度精度。开发了末机架轧制力补偿控制，在优化了厚度和张力控制方式的基础上保证了末机架轧制力的控制精度。提出了动态负荷平衡控制，防止了某个机架的负荷过大。开发了速度修正控制以保障AGC对机架速度的调节过程得到高效合理的执行。
　　(4)为了提高监控AGC系统的性能，将改进型Smith预估补偿控制和辅助反馈迭代学习控制引入了监控AGC系统。建立了监控AGC内环系统的理论模型。为了解决由于控制器单一性造成的常规Smith预估监控AGC系统响应速度和调节精度不佳的问题，提出了Smith预估补偿控制的改进型策略。在此基础上设计了基于辅助反馈迭代学习控制的改进型Smith预估监控AGC系统，有效地弥补了Smith预估监控AGC系统性能过度依赖模型精度的缺点。通过仿真实验对以上三种监控AGC系统的控制效果进行分析。
　　(5)采用现场实际曲线分析了液压压上系统和机架间张力控制系统的控制效果，并对典型厚度规格带钢和极薄规格镀锡卷的厚度控制效果进行了分析，对该厚度控制策略的效果作了有说服力的评价。
　　本文的研究结果针对冷连轧过程的厚度控制，具有较强的实用性。目前，已将该厚度控制策略成功应用于某薄板科技有限公司1450mm五机架冷连轧机，对开发我国具有自主知识产权的冷连轧厚度控制系统具有重要意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 冷连轧生产技术概述

1．1．1 冷轧带钢生产的发展史

1．1．2 冷连轧生产工艺

1．1．3 典型的冷连轧生产线

1．2 厚度控制的理论基础

1．2．1 厚度变化的基本规律

1．2．2 影响厚度的因素

1．2．3 厚度控制的基本手段

1．3 厚度控制技术概述

1．3．1 厚度控制技术的发展史

1．3．2 AGC的基本形式

1．3．3 典型的先进厚度控制策略

1．4 厚度控制的研究进展及发展方向

1．5 本文研究背景、意义和主要内容

1．5．1 研究背景及意义

1．5．2 主要内容

第2章 冷连轧模型设定系统研究

2．1 模型设定系统概述

2．2 冷连轧在线数学模型

2．2．1 材料变形抗力模型

2．2．2 摩擦系数模型

2．2．3 轧制力能参数计算的数值积分方法

2．2．5 轧机弹跳模型

2．3 模型自适应学习

2．3．1 短期自适应

2．3．2 长期自适应

2．4 轧制规程的多目标优化

2．4．1 工艺分析及总目标函数的设计

2．4．2 单目标函数的设计

2．4．3 张力规程的修正

2．4．4 执行流程

2．5 本章小结

第3章 液压执行机构及棚架间张力控制技术研究

3．1 液压执行机构和机架间张力的控制效果对厚度的影响

3．2 液压执行机构控制技术研究

3．2．1 液压压上系统控制技术

3．2．2 液压弯辊系统控制技术

3．2．3 液压轧辊横移系统控制技术

3．2．4 伺服非线性补偿控制

3．2．5 伺服零偏补偿控制

3．3 机架间张力控制技术研究

3．3．1 机架间张力控制系统分析

3．3．2 正常张力控制闭环

3．3．3 动态张力阈值

3．3．4 极限张力控制闭环

3．4 本章小结

第4章 五机架冷连轧厚度自动控制系统研究

4．1 冷连轧厚度自动控制系统概述

4．2 第1和第2机架厚度控制系统

4．2．1 1#机架前馈AGC

4．2．2 1#机架监控AGC

4．2．3 2#机架秒流量AGC

4．3 末机架厚度控制系统

4．3．1 5#机架前馈AGC

4．3．2 5#机架监控AGC

4．4 末机架轧制力补偿控制

4．4．1 末机架轧制力补偿控制原理

4．4．2 末机架轧制力补偿控制效果

4．5 动态负荷平衡控制

4．5．1 动态负荷平衡控制原理

4．5．2 动态负荷平衡控制效果

4．6 速度修正控制

4．6．1 速度修正控制原理

4．6．2 前滑补偿单元

4．6．3 速比修正单元

4．6．4 速度设定单元

4．6．5 速度修正控制效果

4．7 本章小结

第5章 提高监控AGC性能的智能控制技术研究

5．1 监控AGC内环系统建模

5．2 改进型Smith预估监控AGC系统

5．2．1 常规Smith预估补偿原理

5．2．2 改进型Smith预估补偿策略的应用

5．3 基于辅助反馈迭代学习控制改进型Smith预估监控AGC系统

5．3．1 系统设计

5．3．2 算法收敛性条件

5．4 提高监控AGC性能的智能控制技术效果分析

5．4．1 仿真实验方法

5．4．2 预估模型匹配时控制效果

5．4．3 预估模型失配时控制效果

5．5 本章小结

第6章 冷连轧厚度控制策略的应用

6．1 工艺及主要设备情况

6．1．1 酸洗冷连轧生产流程

6．1．2 冷连轧机主要工艺参数

6．1．3 冷连轧机主要技术参数

6．2 冷连轧机计算机控制系统

6．2．1 过程自动化级

6．2．2 基础自动化级

6．2．3 人机界面系统

6．3 冷连轧厚度控制效果分析

6．3．1 液压压上系统控制效果分析

6．3．2 机架间张力控制效果分析

6．3．3 典型厚度规格带钢厚度控制效果分析

6．3．4 极薄规格镀锡卷厚度控制效果分析

6．4 本章小结

第7章 结论

参考文献

攻读博士学位期间完成的工作

致谢

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