宽带钢热连轧机组系统仿真基础研究

论文摘要

现代化的宽带轧制机组都配备了各种厚度和板形调整设备,构成了复杂的控制系统。连轧过程中轧制速度、设备控制调节性能与压下规程设计共同对轧制的稳定性产生影响。甚至同样的设备采用不同的控制方式,就得到不同的效果。而热连轧是集高速度、高精度、高质量和连续化于一体的高度自动化生产过程,其产量大、任务重,导致在实际轧机上研究各种因素对带钢精度的影响不仅十分困难,而且费用昂贵。因此,开展热连轧过程及其自动控制系统的仿真研究,对深入理解连轧机理,寻求最优控制方法,以及训练操作人员等都具有重要的意义。以往轧制仿真研究大多采用常规基础语言编写仿真程序,虽然可以用来计算某些条件下轧制参数,但不适应结合设备动特性的专项分析,更不能联系设备性能分析轧制速度的影响。同时,基本语言也决定了所建立的仿真模型不大可能完成框图移动及连接的功能。因此,应当寻找更好的编程方法避免对轧制仿真软件开发的限制。本研究采用图形化模块编程方法对热连轧过程建立图形仿真程序。即用图形化编程方式建立轧制工艺与主要设备的图形计算子系统,并封装为相应的功能模块,再利用图形连线功能搭建出合乎实际的轧制仿真系统。在图形化建立模块结构图时,改变模块输入输出连线,就相当于现场硬件的改动,替换功能模块就相当于更换设备,大大提高了软件的可操作性,减少修改程序所需的工作量。通过仿真运算,可以得到连轧过程及其控制系统的动态变化结果。最后利用图形软件本身具有的强大后处理能力,对所得结果进行对比、分析。由于是图形编程,用户很方便将各个控制模块进行重新组合,构成新的轧制系统,进而对轧制过程中的各种影响因素进行评价和优化,而各模块内部模型则可以依据理论进步或现场数据,不断进行改进,提高仿真精度。软件利用C++ Builder和MATLAB6.0进行开发。在C++ Builder集成开发环境中启动MATLAB引擎,向MATLAB/Simulink传递数据。软件在单个P4微机上运行,每次运行时间仅4分钟,最多不超过十分钟。易于普及和个人开发。初步仿真调试表明:软件界面友好,操作简单、实用,即便是复制的多架轧机连轧的各模块也都是独立参数和独立功能。模块查询方便,层次清楚,易于修改替换。这种建模方法为轧制系统的分析与最佳控制研究提供了一个崭新的平台。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 1 研究现状与技术路线
• 1.1 仿真技术与轧制仿真研究的内容
• 1.2 国外轧制仿真研究的历史与现状
• 1.3 国内轧制仿真研究的历史与现状
• 1.4 轧制仿真研究的技术路线
• 1.5 本章小结
• 2 轧制过程系统仿真开发平台选用
• 2.1 图形化平台与控制分析软件
• 2.2 本章小结
• 3 轧制模型建立与分析
• 3.1 轧制模块
• 3.1.1 厚度分配模型
• 3.1.2 轧制速度分配与模型计算
• 3.1.3 接触摩擦
• 3.1.4 轧制力模型
• 3.1.5 张力模型
• 3.1.6 轧钢机架
• 3.1.7 弹跳模型
• 3.1.8 温降模型
• 3.1.9 延时模型
• 3.1.10 端头轧制与立辊轧边
• 3.2 检测体系
• 3.3 本章小结
• 4 驱动电机仿真模型
• 4.1 直流电机与控制模块
• 4.1.1 轧机电力拖动系统动力学
• 4.1.2 对主传动电机的仿真
• 4.2 直流模拟电机调速仿真实例
• 4.3 轧制仿真中的电机模块
• 4.4 交流变频电机
• 4.5 本章小结
• 5 压下装置系统及其控制仿真模型
• 5.1 电动压下仿真
• 5.2 液压压下仿真模型
• 5.2.1 建立轧机液压缸传递函数
• 5.2.2 轧机液压缸传递函数应用实例
• 5.3 本章小结
• 6 轧制仿真子模型结构图与形象模块
• 6.1 轧制结构模型
• 6.2 本章小结
• 7 厚度控制与压下装置
• 7.1 厚度自动控制概述
• 7.1.1 板带钢厚度波动的原因
• 7.1.2 轧制过程中厚度变化的控制方式
• 7.2 厚度自动控制的基本形式及其控制原理
• 7.2.1 单机架用测厚仪的反馈式厚度自动控制系统
• 7.2.2 厚度计式厚度自动控制系统（压力AGC）
• 7.2.3 前馈式厚度自动控制系统
• 7.2.4 张力式厚度自动控制系统
• 7.3 本章小结
• 8 板形模型与控制模型研究
• 8.1 板形控制装置
• 8.2 板形控制策略
• 8.3 板形设定模型
• 8.4 自动板形控制系统
• 8.5 本章小结
• 9 单机厚度控制仿真
• 9.1 形象化框图表示测厚仪液压厚度反馈控制系统
• 9.2 形象化框图表示的压力厚度计控制系统
• 9.2.1 GM-AGC 系统
• 9.2.2 动态设定AGC
• 9.2.3 绝对值AGC
• 9.3 本章小结
• 10 活套计算模型
• 10.1 机架间恒张力活套的力矩计算
• 10.2 活套支撑器的图形化仿真设计
• 10.3 本章小结
• 11 多架连轧系统仿真结构图设计
• 11.1 图形化仿真系统结构设计
• 11.2 多架连轧系统仿真软件操作
• 11.2.1 上层工艺参数计算机设定计算
• 11.2.2 下层Simulink 图形化动态仿真结构图
• 11.3 本章小结
• 12 仿真软件应用
• 12.1 无厚度控制七机架出口厚度曲线
• 12.2 带活套张力连轧
• 12.2.1 活套连轧时来料厚度变化
• 12.2.2 活套连轧时辊缝变化对厚度的影响
• 12.2.3 活套连轧时转速变化对出口厚度变化的影响
• 12.3 常用AGC 系统的仿真
• 12.3.1 常用AGC 系统控制效果的仿真比较
• 12.4 无活套支撑器的压力AGC 系列仿真
• 12.5 无活套变规格轧制仿真
• 12.6 本章小结
• 结论及展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢