热轧精整纵切线卷取段控制系统的研究

论文摘要

现代热轧精整纵切线的生产绝大数采用连续化成卷生产,带钢卷取是热轧精整纵切工艺的最后一道工序,由卷取段来完成。卷取段卷取机是热轧精整纵切线上必不可少的设备,而卷取机的张力控制又是生产线中极其重要的一环,张力控制性能指标的优劣将直接影响成品的最终质量和生产线的生产效率。本文以国内某钢铁公司热轧精整纵切线数字化改造项目为依托,具体针对卷取段卷取机张力控制展开研究。首先,本文简要介绍了热轧精整纵切生产线,包括:机组设备的组成、生产线工艺流程、生产工艺模式、生产线张力分配、系统硬件配置等。分析与研究了卷取机的张力控制原理,重点研究了卷取机的张力控制实现方式和惯性力矩补偿计算,比较几种张力实现方式基础上,采用了一种间接——直接复合张力控制方式。其次,研究了卷取机的卷绕特性、动态张力模型,建立了卷取机张力控制系统数学模型。针对卷取机张力系统的复杂性、非线性性、时变性的特点,考虑用常规PID控制不能获得满意的控制效果。本课题采用模糊自适应PID控制作为张力系统的控制方法,充分利用模糊自适应PID控制不依赖于被控对象的精确的数学模型,对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性的特点。最后,利用MATLAB软件分别对基于模糊自适应PID控制算法和常规PID控制算法的张力控制系统进行仿真研究,得出张力系统在不同控制算法下的响应曲线,结果表明模糊自适应PID控制算法能够缩短系统调节时间,减少系统超调量,改善系统的动静态性能,提高系统的抗干扰能力,增强系统的鲁棒性,适用于张力控制系统。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 卷取工艺特点
• 1.2 卷取机张力控制研究现状
• 1.3 张力控制器的改进设计
• 1.4 本课题研究的意义和目的
• 1.5 本课题研究的内容
• 第2章 纵切线机组设备生产工艺和硬件配置
• 2.1 热轧精整纵切线机组设备
• 2.2 热轧精整纵切线生产工艺
• 2.3 热轧精整纵切线张力分配
• 2.4 热轧精整纵切线卷取段硬件配置
• 2.4.1 6RA70系列直流调速装置
• 2.4.2 T400工艺板和SPW420标准软件包
• 2.4.3 西门子S7-400PLC
• 2.5 本章小结
• 第3章 张力控制的基本原理
• 3.1 卷取机张力控制方式简介
• 3.1.1 直接张力控制方式
• 3.1.2 间接张力控制方式
• 3.1.3 复合张力控制方式
• 3.2 卷取机张力值理论计算
• 3.3 卷取机间接张力控制实现方法
• 3.3.1 电流电势复合控制法
• 3.3.2 最大力矩控制法
• 3.4 卷取机惯性力矩补偿
• 3.4.1 钢卷直径变化率
• 3.4.2 转动惯量变化率
• 3.4.3 电机转速变化造成的惯性力矩
• 3.5 卷取机卷径的测量
• 3.5.1 模拟电路测量法
• 3.5.2 数字计算法
• 3.6 本章小结
• 第4章 卷取机张力控制系统建模及分析设计
• 4.1 卷取机的卷绕特性
• 4.2 被控对象模型建立
• 4.2.1 卷取张力动态模型
• 4.2.2 直流电动机数学模型
• 4.2.3 晶闸管触发和整流装置模型
• 4.3 卷取机张力控制系统调节器参数整定
• 4.3.1 电流调节器参数整定
• 4.3.2 电流调节器的等效传递函数的近似处理
• 4.3.3 速度调节器参数整定
• 4.4 本章小结
• 第5章 模糊自适应 PID张力控制器设计及仿真研究
• 5.1 PID控制算法简介
• 5.2 模糊控制的基本思想
• 5.3 模糊控制系统的组成及基本原理
• 5.3.1 模糊控制系统的组成
• 5.3.2 模糊控制系统的基本原理
• 5.4 模糊控制器的基本设计方法
• 5.5 模糊自适应 PID算法的提出
• 5.6 模糊自适应 PID控制器设计
• 5.7 模糊自适应 PID在张力系统中的仿真研究
• 5.7.1 仿真软件MATLAB简介
• 5.7.2 张力仿真及分析
• 5.8 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参与的项目