板带热连轧厚度自动控制系统的研究与应用

论文摘要

本文以某钢厂620mmm热轧窄带钢精轧机组AGC系统改造为研究背景,重点研究了板带热连轧过程中的厚度控制系统。结合液压式厚度自动控制的基本原理及先进的自动控制理论,给出了一套综合优化的热连轧厚控算法,并基于此开发了工程可以实现的AGC计算机控制系统。现场工程实践表明,该套热连轧厚度控制策略取得了较高的控制精度,本文的主要内容和取得的主要成果如下：1)分析了国内外自动厚度控制技术和设备的进展及工艺需求,阐明了自动厚度控制技术在轧钢自动化领域的重要性。同时研究了影响轧机出口厚度的因素及轧机厚度控制的基本策略。2)针对自动厚度控制技术应用时的工艺设备要求,采用SIEMENS PLC自主开发了一套高性能,高响应的热连轧厚控计算机系统,给出了计算机系统的硬件配置和软件结构。目前,该计算机系统已应用到国内某钢厂620mmm热轧窄带钢生产实际。3)介绍了本项目中使用的自动厚度控制策略,为解决温度波动对轧制力的影响,详细分析了在现场实际使用的硬度前馈AGC控制策略,建立了带钢出口厚度变化与轧件入口厚度、硬度系数之间的关系模型。阐述了硬度系数前馈AGC控制系统原理、辊缝修正量计算方法及用于硬度系数前馈AGC的带钢跟踪技术。同时指出了由于刚度测量的误差限制厚度计AGC的控制水平与效果,并提出了相应的解决办法,此外为解决板带轧制过程监控AGC系统存在大滞后的问题,引入了基于带钢段跟踪的Smith预估器进行系统补偿并研究了监控AGC与厚度计AGC之间的相关性问题。4)在建立液压辊缝控制系统模型的基础上,将模型预测控制理论引入到监控AGC系统,并对其进行了深入研究。建立了Smith预估监控AGC系统模型和基于模型预测控制的监控AGC模型。通过Matlab仿真比较两种控制器的控制效果。结果表明基于模型预测的监控AGC具有更好的鲁棒性。实际的运行结果和曲线表明,,热连轧AGC控制系统运行稳定,带钢出口厚度精度控制在±20μm之内。本文的研究结果针对板带热连轧机的厚度控制,具有很强的实用性和推广价值。此外在厚度控制算法的研究方面也有一定的突破,摸索出一套适用于热连轧厚控的最优组合方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 厚度自动控制技术概述
• 1.2.1 影响轧机出口厚度因素
• 1.2.2 厚度自动控制技术发展
• 1.2.3 厚度自动控制策略
• 1.3 预测控制理论的发展
• 1.3.1 预测控制的类型
• 1.3.2 预测控制的应用及特点
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 热连轧设备及其控制系统
• 2.1 工艺布置及主要设备参数
• 2.1.1 精轧区主要工艺参数
• 2.1.2 精轧机组主传动系统主要参数
• 2.2. 液压AGC计算机控制系统硬件分析
• 2.2.1 基础自动化级控制系统的硬件配置
• 2.2.2 液压AGC计算机控制系统检测设备
• 2.3 液压AGC计算机控制系统软件分析
• 2.3.1. 基础自动化系统开发软件
• 2.3.2 液压AGC系统软件结构及主要功能的实现
• 2.4 本章小结
• 第三章 热连轧厚度自动控制策略研究
• 3.1. 硬度系数前馈AGC
• i的提取'>3.1.1. 第i机架硬度系数δK_i的提取
• 3.1.2 第i机架到第i+1机架硬度系数偏差与出口厚差的传递
• 3.1.3 第i+1机架辊缝调节量的计算
• 3.2 厚度计AGC的优化
• 3.3. Smith预估监控AGC
• 3.3.1 监控AGC与厚度计AGC相关性问题的讨论
• 3.4 本章小结
• 第四章 模型预测控制在监控AGC中的研究与仿真
• 4.1 HGC控制系统建模
• 4.1.1 PID控制调节器模型
• 4.1.2 伺服阀放大器传递函数
• 4.1.3 电液伺服阀传递函数
• 4.1.4 液压缸和负载传递函数
• 4.1.5 位移传感器的传递函数
• 4.1.6 HGC系统总传递函数
• 4.2 模型预测控制基本原理
• 4.2.1 模型预测
• 4.2.2 滚动优化
• 4.2.3 反馈校正
• 4.2.4 参数整定
• 4.3 模型预测控制的仿真
• 4.4 仿真控制效果分析
• 4.4.1 监控AGC的仿真分析
• 4.4.2 Smith预估监控AGC的仿真分析
• 4.4.3 模型预测控制的仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 实际控制效果与分析
• 5.1 硬度前馈AGC控制效果
• 5.2 厚度计AGC控制效果
• 5.3 硬度前馈AGC与监控AGC控制效果
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢