基于AMESim的液压AGC系统动态特性仿真与优化研究

论文摘要

板厚自动控制(Automatic Gauge Control,简称AGC)是板带轧制领域里的两大关键技术之一。板厚自动控制技术的优劣直接影响到板带材的质量精度,而板带材厚度精度是板带钢材的重要质量指标,不仅关系到生产过程中的节约问题,同时也对下游产业具有不小的影响。液压AGC系统是板厚自动控制系统中的一个重要分支,典型的液压板厚自动控制系统由液压系统、控制系统、机械系统和电气系统等系统组成。自动板厚控制技术综合了众多学科领域的知识,所以在我国钢铁行业等类似行业中,虽然板厚控制技术已经得到了多年的应用,但是在实际的应用生产上,仍存在着诸多问题。同时,由于板带材厚度精度受到液压伺服系统精度、自动控制系统控制精度、工艺的瞬时条件和来料性质的随机变化等多方面因素的共同影响,使得控制系统的控制精度难以保证。故有必要对轧制过程与液压AGC系统进行研究,了解这些因素影响板厚精度的规律,进而提高液压AGC系统的动态特性及板厚精度。本文针对液压AGC系统动态特性的仿真优化,主要进行了如下工作:①在大量阅读消化相关文献资料的基础上,系统地论述了板带材轧制过程中自动厚度控制的基本理论与控制方法,对板带材轧制过程中影响轧件厚度的主要因素以及实际轧出厚度的变化规律进行了总结。从轧制过程中厚度调节的不同方式出发,着重分析了几种典型的AGC系统构成及其控制原理;②在分析了轧机液压AGC系统原理及其运行机理的基础上,推导建立了液压AGC系统中主要动态元件的基本方程,包括电液伺服阀的基本方程、液压缸及辊系负载基本方程、伺服放大器、油路管道以及传感器等动态元件的传递函数,进而建立了液压AGC系统的电液位置闭环控制系统的动态数学模型;③利用AMESim综合建模仿真平台构建了液压AGC系统的仿真模型,采用PID控制器对液压AGC动态模型进行了仿真,分析了影响系统动态特性和控制精度的主要因素。在得到稳定的控制效果之后,利用NLPQL算法、遗传算法等对液压AGC系统进行了优化试验。经仿真试验验证,基于NLPQL算法、遗传算法的液压AGC系统的控制精度得到了提升。论文的部分研究结果,将应用于重庆钢铁集团股份有限公司热轧薄板厂1780mm生产线的液压AGC系统安装调试过程,为轧机的调试及状态监控提供理论依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 轧机厚度自动控制技术的研究概况
• 1.3 本课题的主要研究内容
• 2 厚度控制基本理论研究
• 2.1 板厚控制工艺理论基础研究
• 2.1.1 轧机基本模型
• 2.1.2 轧机的弹性变形和弹跳方程
• 2.1.3 轧件的塑性变形及塑性方程
• 2.1.4 弹塑性曲线
• 2.2 影响轧件厚度的主要因素及实际轧出厚度的变化规律
• 2.2.1 实际轧出厚度随辊缝变化的规律
• 2.2.2 实际轧出厚度随轧机刚度而变化的规律
• 2.2.3 实际轧出厚度随轧制力而变化的规律
• 2.3 厚度自动控制系统的组成
• 2.3.1 辊缝控制系统
• 2.3.2 轧制速度控制系统
• 2.3.3 张力控制系统
• 2.4 轧机厚度自动控制系统的主要形式分析
• 2.4.1 用测厚仪测厚的反馈式厚度自动控制系统
• 2.4.2 厚度计式厚度自动控制系统
• 2.4.3 前馈式厚度自动控制系统
• 2.4.4 张力式厚度自动控制系统
• 2.4.5 液压式厚度自动控制系统
• 2.5 本章小结
• 3 液压 AGC 系统动态模型的建立
• 3.1 液压AGC 系统结构分析
• 3.2 液压AGC 系统动态元件基本方程
• 3.2.1 电液伺服阀基本方程
• 3.2.2 液压缸基本方程
• 3.2.3 伺服放大器传递函数
• 3.2.4 背压回油管路
• 3.2.5 反馈传感器传递函数
• 3.2.6 控制调节器
• 3.2.7 预控与监控环节传递函数
• 3.3 液压AGC 系统动态模型
• 3.4 本章小结
• 4 AMESim 软件的应用方法研究
• 4.1 AMESim 功能及特性
• 4.1.1 AMESim 简介
• 4.1.2 AMESim 的特点
• 4.1.3 AMESim 应用模型库介绍
• 4.2 AMESim 应用于系统仿真及优化
• 4.2.1 AMESim 仿真一般过程
• 4.2.2 利用AMESim 进行系统优化的过程
• 4.2.3 利用AMESim 进行线性化分析
• 4.3 本章小结
• 5 液压 AGC 系统仿真及优化
• 5.1 液压AGC 系统的动态模型的建立
• 5.1.1 系统控制参数的确定
• 5.1.2 液压AGC 系统控制算法的分析
• 5.2 常规PID 控制器应用于液压AGC 系统的动态仿真与分析
• 5.2.1 PID 控制器的设计
• 5.2.2 动态仿真结果及分析
• 5.3 液压AGC 系统的优化仿真试验
• 5.3.1 Monte Carlo 仿真试验
• 5.3.2 序列二次算法优化仿真试验
• 5.3.3 遗传算法优化仿真试验
• 5.3.4 优化仿真结果分析
• 5.4 提高AGC 系统控制精度的措施
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 研究内容总结
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录