论文摘要
线材产品一般是作为建筑材料和拉丝或冷镦等冷加工的原料,在国家生产和建设中发挥着重要的作用。在轧制过程中,轧件的变形温度对线材最终的显微组织和机械性能是一个决定性因素,控温轧制和控制冷却系统的联合应用可以确保高速线材轧机运转正常,使生产出的成品线材不但表面质量好,而且具有良好的机械性能和拉拔性能。要实现线材轧制过程的控制冷却,对线材轧制过程的温度场分布和线材温度的影响因素的全面了解以及控制策略的设计十分必要。由于现场实验难以有效实施,研究高速线材冷却过程的模拟和控制对于改进控制冷却技术提高线材产品质量有着深远的现实意义。本文具体针对高线穿水冷却过程的温度场及控温策略进行深入研究。首先以高速线材轧后水冷段为研究对象,对高速线材穿水冷却过程的温度场进行数学建模。针对本文所研究对象的特点,具体分析其边界条件,确定对流换热系数的取值,最终得出线材在传输过程、轧制过程和穿水冷却过程各个阶段线材的温度分布情况及节点的温度变化曲线。利用所建立的温度模型,分析了冷却水流量、冷却水温度等因素对温度场变化和线材冷却的影响,为实际生产线中控制线材温度提供了参考。为实现高速线材穿水冷却过程的有效控制,本文在消化吸收前人研究成果的基础上结合生产实际设计了新的控制策略。在整体上将模型和基础自动化控制分层实现,通过控制冷却水流量来实现对温度的控制。本文将高线的冷却控制分为水流量的预设定和优化补偿两个部分,首先依靠模型计算冷却水流量的设定值,然后再根据冷却后的线材实测温度对冷却水流量进行优化和校正。根据线材在各个水箱处所经历的热过程不同,对该水箱的温度预测模型进行相应改变。对于水流量的优化补偿模型,1#水箱采取基于模型的反馈控制,以反馈的实测温度来校正温度预测模型,再由水流量设定模型计算冷却水流量的修正值;2、3、4#水箱则根据反馈的实测温度采取水流量的在线补偿,将实测温度尽快地反映在冷却水流量的变化上,并对其温度预测模型进行校正。针对高线控温冷却系统的滞后问题,本文首先分析了该滞后系统的特殊性,指出其滞后问题的出现主要是由于控制调节时间对比线材的运行时间相对缓慢造成的,然后本文从温度的提前预测出发,通过提高温度预测模型的精度来提前预知线材温度的变化,以此来补偿相对过长的调节时间。为改善L1基础自动化控制系统的性质,本文还设计了基于模糊控制原理的PID控制器参数整定器,将被控过程分为稳态和暂态两种情况,然后再分别求取PID控制器的参数。