一种基于AMESim的轧机辊缝控制模型

摘要

本发明公开了一种基于AMESim的轧机辊缝控制仿真模型，包括辊缝运算控制单元、控制模式切换单元、上辊控制单元、下辊控制单元、上辊液压单元、下辊液压单元、上机座单元、下机座单元、负载单元。该模型包括绝对控制模式和相对控制模式，在两者模式下可以实现轧件厚度的自动控制。本发明实现了轧机辊缝的有效控制，提供一套基于AMESim轧机辊缝控制仿真模型，本发明的模块化仿真模型清晰简明、易于组合调试，大大节约了系统设计时间，为设计和实际产品搭建了桥梁。

说明书

技术领域

本发明涉及冷轧带钢生产技术领域，具体地说，涉及一种基于AMESim的轧机辊缝控制模型。

背景技术

AGC其主要功能是计算出轧制时的负载辊缝，传递给液压伺服辊缝控制HGC进行辊缝控制，进而保持轧制过程中辊缝恒定。万能轧机辊AGC技术可以看成为板带轧机AGC的移植，但由于H型钢的翼缘和腹板尺寸测量准确较为困难，所以只采用GM-AGC(Gaugemeter Automatic Gauge Control)。GM-AGC控制的基本思想是将轧机机架本身作为测厚仪，通过对机架的辊缝和轧制力进行测量，通过控制模型间接地对型钢厚度进行测量。万能轧机采用AGC和HGC技术，考虑了机架变形量，采用高响应的液压伺服控制系统，可以快速、精确的控制辊缝，这样可以保证即使轧件入口端即使存在尺寸偏差，也能保证轧件实际出口尺寸以目标尺寸非常小的尺寸偏差。

但是，对于这种高精度要求的轧机辊缝控制系统的系统设计验证非常复杂，生产出实际的轧机并做相关试验测试工作却是非常的昂贵。AMESim软件是LMS公司的一款多学科领域复杂系统建模仿真平台软件，用户可以在这个单一平台上建立复杂的多学科领域的系统建模，并在此基础上进行仿真计算和深入分析，也可以在这个平台上研究任何元件或系统的稳态和动态性能。采用单元模块搭建工程系统的方式，使用户可以在模型中描述所以系统和零部件的功能，而不需要书写任何程序代码，大大简化了设计、验证复杂程度。

本发明根据此问题，通过AMESim软件搭建轧机辊缝控制仿真模型，在此平台上可以很精确的仿真实际的系统精度等静、动态特性。该模型实现轧机辊缝的有效控制，提供一套基于AMESim轧机辊缝控制仿真模型。本发明所述的模块化仿真模型清晰简明、易于组合调试，大大节约了系统设计时间，为设计和产品搭建了桥梁。

发明内容

本发明提供一种基于AMESim的轧机辊缝控制模型，包括辊缝运算控制单元(A)、上辊控制单元(B)、下辊控制单元(C)、上辊液压单元(E)、下辊液压单元(F)、上机座单元(G)、下机座单元(H)、负载单元(K)，上辊液压单元包括上伺服阀以及由上伺服阀控制的上液压缸，下辊液压单元包括下伺服阀以及由下伺服阀控制的下液压缸，所述控制模型采用绝对控制模式或相对控制模式获得上液压缸活塞杆设定位移以及下液压缸活塞杆设定位移，上液压缸活塞杆设定位移在上辊控制单元经上线反馈系数、上伺服放大系数处理后作为上伺服阀输入电流，通过上辊液压单元控制上轧辊的动作量，下液压缸活塞杆设定位移在下辊控制单元经下线反馈系数、下伺服放大系数处理后作为下伺服阀输入电流，通过下辊液压单元控制下轧辊的动作量，从而将负载单元的轧件轧制成设计厚度，并分别推动上机座、下机座变形，上液压缸活塞杆、下液压缸活塞杆的实际位移均传递给辊缝运算控制单元进行闭环控制，其中，在绝对控制模式下，辊缝运算控制单元接收辊缝指令，并与原始辊缝比较后得到辊缝输出基准值，辊缝输出基准值进一步与分配系数计算后得到上液压缸活塞杆设定位移以及下液压缸活塞杆设定位移，并分别传送给上、下辊控制单元；在相对控制模式下，在上辊控制单元中输入对应轧件厚度的上轧制力，作为上轧制力锁定值，并利用实际轧制力与上轧制力锁定值的差值结合上机座刚度系数运算得到上液压缸活塞杆设定位移，在下辊控制单元中输入对应轧件厚度的下轧制力，作为下轧制力锁定值，并利用实际轧制力与下轧制力锁定值的差值结合下机座刚度系数运算得到下液压缸活塞杆设定位移。

优选地，所述上液压缸活塞杆设定位移还经过如下修正处理：辊缝输出基准值与上分配系数计算后与上液压缸活塞杆位移计算差值得到上一修正值，所述上一修正值与上轧制力锁定位移计算差值得到上二修正值，所述上液压缸活塞杆设定位移与上二修正值计算差值得到最终的上液压缸活塞杆设定位移；所述下液压缸活塞杆设定位移还经过如下修正处理，辊缝输出基准值与下分配系数计算后与下液压缸活塞杆位移计算差值得到下一修正值，然后，下一修正值与下轧制力锁定位移计算差值，得到下二修正值，所述下液压缸活塞杆设定位移与下二修正值计算差值得到最终的下液压缸活塞杆设定位移。

优选地，根据上辊液压单元中的上液压缸活塞腔压力、上液压缸活塞杆腔压力计算出上实际轧制力，并用上实际轧制力结合上机座刚度系数得到上机座位移并发送给辊缝运算控制单元的对应接口；根据下辊液压单元中的下液压缸活塞腔压力、下液压缸活塞杆腔压力计算出下实际轧制力，并用下实际轧制力结合下机座刚度系数得到下机座位移并发送给辊缝运算控制单元的对应接口。

优选地，辊缝运算控制单元接收上机座位移信息，并将上机座位移与上液压缸活塞杆位移量差值运算，其计算结果结合转换系数，得到上辊修正值；辊缝运算控制单元接收下机座位移信息，并将下机座位移与下液压缸活塞杆位移量差值运算，其计算结果结合转换系数，得到下辊修正值，上辊修正值和下辊修正值相叠加得到辊缝修正值，辊缝修正值与辊缝输出基准值进行差值计算得到液压缸活塞杆位移总量，液压缸活塞杆位移总量与分配系数计算得到上液压缸活塞杆设定位移以及下液压缸活塞杆设定位移。

优选地，所述辊缝修正值与原始辊缝进行差值计算，得到辊缝反馈。

优选地，还包括控制模式切换单元，控制模式切换单元分别与上辊控制单元、下辊控制单元相连，控制模式切换单元接收到切换指令，从而控制上辊控制单元、下辊控制单元同时切换到同一控制模式。

附图说明

通过结合下面附图对其实施例进行描述，本发明的上述特征和技术优点将会变得更加清楚和容易理解。箭头表示信号传递方向

图1是本发明实施例涉及的轧机辊缝控制仿真模型结构连接图；

图2是本发明实施例涉及的轧机辊缝控制仿真模型的连接示意图；

图3是本发明实施例涉及辊缝运算控制单元A的示意图；

图4是本发明实施例涉及的控制模式切换单元D的示意图；

图5是本发明实施例涉及的上辊控制单元B的示意图；

图6是本发明实施例涉及的下辊控制单元C的示意图；

图7是本发明实施例涉及的上辊液压单元E的示意图；

图8是本发明实施例涉及的下辊液压单元F的示意图；

图9是本发明实施例涉及的上机座单元G的示意图；

图10是本发明实施例涉及的下机座单元H的示意图；

图11是本发明实施例涉及的负载单元K的示意图。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的基于AMESim的轧机辊缝控制模型的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式或其组合对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相同的部分。

本发明所公开的基于AMESim的轧机辊缝控制模型，搭建了整体轧机辊缝控制结构，包括辊缝运算控制单元A、控制模式切换单元D、上辊控制单元B、下辊控制单元C、上辊液压单元E、下辊液压单元F、上机座单元G、下机座单元H、负载单元K共9个单元模块。该模型包括绝对控制模式和相对控制模式，在两种模式下均可以实现轧件厚度的自动控制。其中，绝对控制模式的定义是根据辊缝控制指令的输入直接驱动上下液压缸，并把上下液压缸的位移进行反馈闭环控制的控制模式。相对控制模式的定义是轧制过程中根据实际轧制力产生实际变形量，上下液压缸运动对此机架变形量计算进行闭环控制，并随时进行辊缝调整的控制模式。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

控制模式切换单元D的D2接口与上辊控制单元B的对应接口B5相连；D1接口与下辊控制单元C的对应接口C1相连，从而控制上辊控制单元B、下辊控制单元C同时切换到同一控制模式。控制模式切换单元D接收到切换指令D01后，将控制模式切换为绝对控制模式或相对控制模式。

在绝对控制模式下，辊缝运算控制单元A接收辊缝指令A01，并与原始辊缝A02比较后得到辊缝输出基准值，并通过A5接口将辊缝输出基准值传输给上辊控制单元B的B6接口；通过A4接口将辊缝输出基准值传输给下辊控制单元C的C8接口。辊缝输出基准值还与辊缝修正值(在下文中计算说明)进行比较计算得到液压缸活塞杆位移总量，液压缸活塞杆位移总量进一步与分配系数A03计算后得到上液压缸活塞杆设定位移、下液压缸活塞杆设定位移。上液压缸活塞杆设定位移再由A6接口传输给上模式切换开关B07的B3接口；下液压缸活塞杆设定位移由A3接口传输给下模式切换开关C07的C3接口。当B5接口控制上辊控制单元B由B3接口控制时，且C1接口控制下辊控制单元C由C3接口控制时为绝对控制模式。

在绝对控制模式下，上辊控制单元B的B3接口接收到上液压缸活塞杆设定位移后经过上线反馈系数B08、上伺服放大系数B09等运算后变为伺服阀输入电流。进一步地，伺服阀输入电流B7经E6接口调节上液压缸伺服阀E07、上液压缸伺服阀E08的输出流量，E04是上液压缸活塞腔，E02是上液压缸活塞杆腔。也就是调节流入上液压缸活塞腔E04的液压流量，从而调节上液压缸推动上轧辊E03的动作量。接着，负载单元K的轧件被轧制设计厚度，同时推动上机座变形，上液压缸活塞杆位移传感器E01把此活塞杆位移传递给辊缝运算控制单元A进行闭环控制。负载单元K发送的负载力指令K01经负载力传递K02分别传递给上辊液压单元、下辊液压单元。具体说，K2接口与上辊液压单元的E2相连，K1接口与下辊液压单元的F4接口相连。E4为上液压缸传递给上机座的力，与上机座单元G的对应接口G1相连，上机座单元G等效上机座。

下辊控制与上辊控制类似，下辊控制单元C的C3接口接收到下液压缸活塞杆设定位移后经过下线反馈系数C08、下伺服放大系数C09等运算后变为伺服阀输入电流。进一步地，伺服阀输入电流C7经F6接口分别调节下液压缸伺服阀F07、下液压缸伺服阀F08的输出流量，F02是下液压缸活塞腔，F04时下液压缸活塞杆腔。也就是调节流入下液压缸活塞腔F04的液压流量，从而调节下液压缸推动下轧辊F03的动作量。接着，负载单元k的轧件被轧制设计厚度，同时推动下机座变形，下液压缸活塞杆位移传感器F01把此活塞杆位移传递给辊缝运算控制单元A进行闭环控制。F4为负载力，与负载单元K对应接口K1相连，F2为下液压缸传递给下机座的力，与下机座单元H的对应接口H1相连，下机座单元H等效下机座。

而在相对控制模式下，上辊控制单元B中，模型给出对应轧件厚度的轧制力，并把轧制力输入到上轧制力锁定值B04中；进一步，上辊液压单元E中，根据上液压缸活塞腔压力传感器E05、上液压缸活塞杆腔压力传感器E06计算出实际的轧制力，这样实际的轧制力减去上轧制力锁定值后经过运算得到活塞杆需要位移；进一步，把此值经过上辊控制单元B接收到此值后经过上线反馈系数B08、上伺服放大系数B09等运算后变为伺服阀输入电流驱动上辊液压单元E中上液压缸移动相应位移，上液压缸活塞杆位移传感器E01把此活塞杆位移传递给辊缝运算控制单元A进行闭环控制。

下面详细说明相对控制模式产生过程，B1接口与上辊液压单元E对应接口E5相连，接收上液压缸上腔(活塞腔)的压力传感器值；B8接口与上辊液压单元E对应接口E1相连，接收上液压缸下腔(活塞杆腔)的压力传感器值；上腔和下腔的压力差值结合上活塞有效作用面积B02、上压力转换系数B01计算得到实际轧制力，实际轧制力与上机座刚度系数B03计算得到上机座位移，并经B2接口传输到A7接口。实际轧制力减去上轧制力锁定值后与上机座刚度系数B03得到上液压缸活塞杆设定位移。辊缝输出基准值与上分配系数B05计算后与上液压缸活塞杆位移B4计算差值得到上一修正值，然后，上一修正值与上轧制力锁定位移B06计算差值，得到上二修正值，上液压缸活塞杆设定位移与上二修正值计算差值得到最终的上液压缸活塞杆设定位移。上液压缸活塞杆设定位移经上线反馈系数B08、上伺服放大系数B09等运算后变为伺服阀输入电流。

下辊控制与上辊控制类似。根据下液压缸活塞杆腔压力传感器F05、下液压缸活塞腔压力传感器F06计算出实际的轧制力，C5接口与下辊液压单元F对应接口F1相连，接收下液压缸上腔(活塞杆腔)的压力传感器值；C6接口与下辊液压单元F对应接口F5相连，接收下液压缸下腔(活塞腔)的压力传感器值；上腔和下腔的压力差值结合活塞有效作用面积C01、下压力转换系数C02计算得到实际轧制力，实际轧制力与下机座刚度系数C03计算得到下机座位移，并经C4接口传输到A2接口。实际轧制力减去下轧制力锁定值C04后与下机座刚度系数C03得到下液压缸活塞杆设定位移，辊缝输出基准值与下分配系数C05计算后与下液压缸活塞杆位移C2计算差值得到下一修正值，然后，下一修正值与下轧制力锁定位移C06计算差值，得到下二修正值，下液压缸活塞杆设定位移与下二修正值计算差值得到最终的下液压缸活塞杆设定位移。下液压缸活塞杆设定位移经下线反馈系数C08、下伺服放大系数C09等运算后变为伺服阀输入电流。

此外，辊缝输出基准值在与分配系数A03计算之前，先与辊缝修正值进行比较计算，下面具体说明辊缝修正值的产生过程。

A9接口接收上液压缸活塞杆位移传感器反馈，并通过A1接口将上液压缸活塞杆位移反馈给上辊控制单元B的B4接口。A7接口与上辊控制单元B的B2接口相连,接收上机座位移。上机座位移与A9接口传输过来的上液压缸活塞杆位移量比较运算，其计算结果经过转换系数A05，得到上辊修正值。

同样地，A10接口接收下液压缸活塞杆位移传感器反馈，A8接口与下辊控制单元C的对应接口相连。A2接口与下辊控制单元C的C4接口相连，接收下机座位移。下机座位移与A10接口传输过来的下液压缸活塞杆位移量比较运算，其计算结果经转换系数A05，得到下辊修正值。

上辊修正值和下辊修正值相叠加得到辊缝修正值，辊缝修正值与原始辊缝A02进行比较计算，得到辊缝反馈A04。并且辊缝修正值还与辊缝输出基准值进行比较计算得到液压缸活塞杆位移总量。液压缸活塞杆位移总量与分配系数计算得到上液压缸活塞杆设定位移以及下液压缸活塞杆设定位移。

本发明基于AMESim软件，建立轧机辊缝控制模型，采用绝对控制模式和相对控制模式实现轧机辊缝的有效控制，其控制逻辑清晰简明、易于组合调试，大大节约了系统设计时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。