冷带轧机液压AGC系统的预测补偿控制

由于计算机技术、自动控制理论、轧制理论等学科的不断完善，冷带轧机液压 AGC系统得到了更加广泛的应用 I2j。而预测补偿控制也已经成为液压 AGC系统中重要的控制手段，它的优点在于可提前控制，去掉信号检测及机构动作所产生的滞后。

美板佳助等人提出-种预测补偿控制策略，以前- 机架轧制力的波动信号作为后-机架厚度干扰量的预报，然后以最优控制率控制后机架压下螺丝，实现干扰补偿，但这种控制策略，其前-机架控制方式受到太大制约 j。日本神户制钢(Kobe Stee1)对冷连轧机组的预测补偿控制做了改进，在第二机架上应用了流动应力预测补偿控制，该系统根据第-机架处的带钢人口厚度和轧制力就可以计算出轧件的变形抗力波动值，考虑延时后，系统就可以根据变形抗力的波动值计算出第二机架的最佳辊逢值 j。在工程上应用最广泛的预测补偿控制策略，是根据来料厚度波动计算出需要调节的压下变动量以消除扰动的影响 J。

1 液压 AGC系统的预测补偿控制预测补偿控制属于扰动控制，不变性原理是其理收稿 日期 ：2013-02-26基金项目：南京工程学院校级科研基金项目(QKJB201201)作者简介：孙孟辉(1981-)，男，河南宜阳人，讲师，博士，主要从事液压技术方面的科研和教学工作。

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液压与气动 2013年第8期论基础，它通过补偿装置补偿扰动量对被调量的影响，使作用在系统的-个或几个扰动量与被调量完全无关或部分无关，而达到调节的目的。它能显著地提高控制系统 的精度，同时不会对 系统 的稳定性产生影响6 J。所谓传统的液压 AGC系统预测补偿控制，就是将机架的人口厚度偏差值，经过适当的延时，在干扰正好到达该机架时，控制压下伺服系统实时动作，对干扰进行校正，从而获得目标厚度。即在轧制过程尚未进行之前，预先预测来料厚度偏差，并通过前馈送给该机架，在预定时间内提前调整压下机构，以保证获得所要求的带钢轧出厚度。

但是，D.R.Bland和 H.Ford曾指出：带钢张力-发生变化就会使轧制力变化，从而导致应力状态系数变化，这样轧制中的带钢厚度就发生了变化 7J。大量试验表明，张力对轧制力的影响极大，前、后张力均使轧制压力大大降低。而在轧制过程中，由于冷轧过程各变量的耦合性，张力值会在设定值上下波动，因此在轧制过程中，张力波动造成的轧制力波动不可忽略，必须予以补偿。

在冷带轧机机架前设测厚仪和测张辊，通过直接测量来料厚差和张力波动用于预测补偿控制，便可以有效地消除二者造成的带钢厚差。反馈 AGC属于闭环控制，即出口厚差产生后加以检测并反镭去控制，滞后很大。而预测补偿控制克服了测厚仪滞后大的影响，是消除厚差的重要手段。

1.1 预测补偿控制算法在液压 AGC系统中，压下系统可以有位置环和轧制力环两种方式 J。当采用位置环方式时，预测补偿控制给出的调整量为辊缝调节量；当采用压力环时，预测补偿控制给出的调整量为轧制力调节量。当采用位置环时，由厚度方程可知：AH1 - (K·△ M ·△JS) (1)式中，△ 为带钢出口厚度偏差；△Ho为来料厚差；为轧机纵向刚度； 为带钢塑性系数。

通过预测补偿控制，在存在 △ 情况下提前调节压下 AS，使 △日，：0，推导可得：AS- ·△ (2)式中，△5为辊缝调节量。

控制辊缝的变化，可由轧制压力 △p来调节，△p与△.s之间的关系可根据弹跳方程求得：Ap K·△/to (3)在轧制过程中，张力的波动会对轧制力产生很大的影响 从而影响出口厚差，因此引入张力波动补偿回路。不管是入口处还是出口处，带钢张力都使轧辊所受的正压力减小，从而导致轧制力降低。而轧制力可由下式来计算：卸 P I 1-专(m1△ fm2△Jrb)l (4)式中，△p为张力波动时轧制力的变化量； 为带钢塑性系数；△ 为出口张力；△r 为入口张力；m 为出口张力影响系数；m 为入口张力影响系数。

在工程实践中，通过机架前后的张力辊，可以测得张力波动的实际值，进而可以计算出张力波动所引起的轧制力的变化量。补偿到轧制力环，即可消除张力波动带来的出口厚差。而在位置环，通过下式计算辊缝补偿量：AS- a p (5)1.2 预测补偿控制策略在来料厚差补偿回路中，在机架的入 口侧设置测厚仪，测量带钢的实际人口厚度，并与带钢的设定入口厚度进行比较，可得人口厚度偏差△ ～ △ 存人延时表中，预测本机架将要出现的带钢出口厚度偏差。当具有此 △ 的带钢段进入变形区时，从延时表中取出△ ，通过预测补偿控制算法计算出需调节的辊缝值或轧制力，并转换为相应的控制电压信号，送给压下机构。

而对于张力波动的补偿，则先通过测张辊测得张力波动值，然后通过上述控制算法计算出需要调节的辊缝值或轧制力。最后将两个补偿值相加，送给位置环或轧制力环，进而调节压下缸，即可有效地提高冷轧带钢的厚度精度，控制策略如图 1所示。

绮申曩 F系统 前 巍 节量 张 - 力/ 、波lJ值 制方 动 -<，/值 图1 预测补偿控制控制策略2 预测补偿控制的实现对于来料厚差补偿回路，主要通过测厚仪来测得来料偏差。传统的预测补偿控制采用单点测厚，这种2013年第8期 液压与气动 45控制方法的缺点是所测带钢实际厚度有-定偶然性，虽然检测信号经过-定的滤波处理，但仍不能避免奇异点的影响。为此，引入带钢段 (-定长度的-段带钢)的概念，以修正后的带钢厚度装人计数器对带钢人口厚差进行跟踪。来料厚差采用下式进行计算：： (6)式中，△ 为来料厚差的平均值； 为测量次数。

同时，在轧制过程中，测厚仪所检测的带钢厚度要经过时间上的延时才能成为机架的人口厚度。传统预测补偿控制往往采用时间延时，即用机架前测厚仪到该机架的距离与带钢速度的比值，作为延时的步长。

但是，由于相邻机架间带钢运行速度是在不断变化的，因而厚度延时本质上应属于变步长延时。所以，上述延时策略不能够很好地对带钢厚差段进行跟踪，有-定的误差。为此，提出-种新的动态延时方法，能够更为准确地跟踪带钢厚差段，为预测补偿控制系统提供精确的跟踪手段。在预测补偿控制计算机控制系统中采用-种动态数组的方法加以解决，数组包括两部分数据：板带厚度和速度，通过速度来对带钢进行跟踪。

对于张力波动补偿回路，是通过机架前张力辊来测得张力实测值，进而得出张力波动实测值。通过上文提到的控制算法，可得出压下控制系统的调节量，送到压下控制系统，即可消除张力波动造成的厚差。最后，把两个控制回路得出的补偿量相加，即可得出总的调节量。若要保证系统的稳定性 ，还可加限幅以后再输出给压下系统。

上述预测补偿控制策略在某五连轧机组 1#机架上进行试验研究，稳态轧制条件是：轧制速度为 600m/min，原料为热轧卷，带钢人 口尺寸为 1000 mm×2.75 mm，出口尺寸为 1000 mm x 1.62 mm，试验轧制时，采用同-批来料。1#机架出口带钢厚差如图 2～图4所示。由图2～图4可以看出，未加预测补偿控制时，带钢出口厚差范围为 ±50 m，而投入来料厚差补偿后，出口厚差可控制在 ±25 m，预测补偿控制全部投入后，可将出口厚差控制在 ±15 Ixm。

ts图2 未加预测补偿控制时的出口厚差曲线宕i 图 3吕ts投入预测补偿控制来料厚差补偿时的出口厚差曲线图 4 预测补偿控制全部投入 时的 出口厚差 曲线3 结论采用带钢段平均测厚以及利用动态数组对带钢段跟踪，能够为冷带轧机液压 AGC系统预测补偿控制提供很好的测厚和跟踪手段，更能准确地消除来料厚差造成的出口厚差。所提出的张力波动补偿策略，能够在传统预测补偿控制的基础上，进-步消除带钢出口厚差。在不投入预测补偿控制的情况下，若来料厚差波动大时，甚至可能出现不能按原有规程轧制，对成品带钢质量造成影响，甚至会导致断带。因此，预测补偿控制能保证整个轧制过程按原有规程轧制，降低断带发生率。