板带材自动厚度控制及模拟轧制的研究

摘要

随着科学技术的不断发展，轧机的自动化水平逐步提高。现代工业对板带材的质量要求也越来越高，而板厚精度是板带材质量的重要指标之一。因此，深入研究轧机厚度控制是十分必要的。液压自动厚度控制(Automatic Gauge Control，AGC)由于其控制精度高、响应速度快和过载保护简单可靠等特点而被广泛应用于先进的轧钢生产中。
　　本文结合轧机的弹跳方程与轧件的塑型方程分析了各种干扰因素对轧件出口厚度的影响，分析轧机液压AGC系统及其运行机理。设计了一种基于广义预测控制的监控AGC系统，并以某冷轧实验轧机为对象，对其控制性能进行仿真。在轧件塑性系数或系统滞后时间计算不准确导致模型不匹配时，对Smith预估监控AGC和广义预测控制监控AGC的控制效果进行了对比。
　　基于半实物仿真平台建立的HGC系统，即虚拟轧机系统，借助TDC的高速处理能力，利用STEP7中的连续功能图语言，根据厚控理论分别设计厚度计式AGC（包括绝对值AGC和相对值AGC）、前馈AGC以及广义预测型监控AGC的控制算法，并给出其控制框图和程序实现流程图。
　　最后基于TCP/IP通讯协议，利用WinCC完成与TDC间的通讯，设计了厚度控制过程数据采集与过程变量监控的HMI界面，提供了相关变量的趋势显示及报警信息的快速归档。在此基础上，对上述控制算法在五机架连轧液压AGC上进行仿真实验，从轧机和轧件方面分别对其加随机干扰，仿真结果表明厚度计AGC、前馈AGC、监控AGC之间的协调配合可以有效的解决AGC系统中的各类扰动，并且具有较强的鲁棒性和快速的响应能力，同时又有较高的稳态精度。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的背景及意义

1．2 自动厚度控制技术的国内外研究现状

1．3 本文主要工作

第2章 板带材自动厚度控制原理

2．1 轧制过程厚度变化的基本规律

2．1．1 轧机的弹跳方程

2．1．2 轧件的塑性方程

2．1．3 带钢厚度波动的原因

2．2 AGC的基本形式和控制原理

2．2．1 测厚仪式厚度自动控制系统

2．2．2 厚度计式厚度自动控制系统

2．2．3 前馈式厚度自动控制系统

2．2．4 监控式厚度自动控制系统

2．3 本章小结

第3章 广义预测控制在监控AGC系统中的应用研究

3．1 常规Smith预估监控AGC

3．1．1 Smith预估监控AGC控制策略

3．1．2 影响Smith预估监控AGC性能的因素

3．2 广义预测控制

3．2．1 广义预测控制的基本方法

3．2．2 Diophantine方程的递推求解

3．2．3 在线辨识与校正

3．2．4 广义预测控制的参数选择

3．3 控制效果分析

3．3．1 模型参数匹配时控制效果仿真

3．3．2 模型失配时控制效果仿真

3．4 本章小结

第4章 基于半实物仿真平台的自动厚度控制的实现

4．1 半实物仿真平台概述

4．1．1 虚拟轧机系统概述

4．1．2 TDC系统概述

4．2 虚拟轧机的数学模型

4．3 虚拟轧机的实现

4．3．1 单机架工作界面与功能

4．3．2 五机架工作界面与功能

4．4 自动厚度控制在TDC上的实现

4．4．1 厚度计AGC的TDC编程实现

4．4．2 前馈AGC的TDC编程实现

4．4．3 监控AGC的TDC编程实现

4．5 本章小结

第5章 监控画面设计与厚度控制仿真

5．1 WinCC监控画面的设计

5．1．1 AGC系统结构图

5．1．1 WinCC监控系统人机界面

5．2 单个机架AGC系统TDC仿真

5．2．1 HGC系统仿真

5．2．2 F1机架厚度计AGC仿真

5．2．3 F2机架前馈AGC仿真

5．2．4 F5机架监控AGC仿真

5．3 五机架连轧AGC系统TDC仿真

5．3．1 五机架连轧咬钢仿真

5．3．2 五机架连轧AGC系统仿真

5．4 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢