厚度控制-AGC.doc

AGC控制系统的原理数学模型及应用综述 摘 要：本文介绍了AGC在上生产过程中的控制原理，AGC的分类及数学模型，AGC控制系统在生产中的应用和AGC控制技术的发展过程及趋势。 关键词：AGC；控制原理；数学模型；监控 1 概述 AGC是Automatic Gauge Control System的简称，即所谓的轧机自动厚度控制系统。是轧机自动化系统中不可缺少的一部分，它控制金属带材厚度精度，使金属带材厚差在限定的标准内，提高金属带材的成品率。AGC系统的作用有两个：一是辊缝的计算，二是根据产品尺寸结合机架的形变量来调整实际的辊缝值，使之轧制的产品尺寸符合既定要求[1]。 1.1 我国厚度控制技术的发展概况 目前我国已经应用的厚度控制系统，可大致分为3种基本类型[2]。 (1) 用测厚仪信号反馈控制轧机压下或轧机入口侧带钢张力的AGC(Automatic Gauge Control)系统。上个世纪70年代，厚度控制系统大多是这类系统，而且是模拟线路。按轧机出口侧测厚仪测出的带钢实际偏差信号反馈控制，大偏差或被轧带钢厚度大于0.4mm时，按偏差信号大小去移动压下位置，改变辊缝间距，以减小厚度偏差，即所谓粗调;在小偏差或被轧带钢厚度小于0.4mm时，则调节轧机入口侧带钢张力，进一步减小厚度偏差，即所谓精调。 我国早期的AGC系统调节压下装置的执行机构是电动的，因电动压下响应慢和非线性的缺点，逐渐被液压压下机构代替睁[3]。 (2) 采用前馈控制和测厚仪信号反馈控制轧机压下或轧机入口侧带钢张力的AGC系统。将上述AGC系统数字化，并增加前馈控制回路就构成这类AGC系统。前馈控制是当轧机入口侧有厚度偏差的带钢进入轧辊时，立即调节被控机架压下位置，将入口带钢厚度偏差消除的一种控制策略。方法是将轧机入口侧测厚仪至轧辊中心的距离分成若干整数段，把经过入口侧测厚仪的每段带钢厚度顺序存入移位寄存器中，寄存器按FIFO方式工作，当寄存器输出的带钢段进入轧辊时，系统按该段厚度偏差值调整压下，以消除进入轧机的带钢厚度偏差。这种控制方式消除了带坯纵向厚度不均或硬度波动产生的厚差较大的缺点。 (3) 采用前馈控制、压力反馈控制和监控的AGC系统。上个世纪80年代，在用现代控制理论的基础上，利用电子技术与计算机技术相结合，对上述2类AGC系统进一步加以改进，形成了GM—AGC系统或Bisra AGC系统[3]。其主要特点是使用轧机弹跳方程计算轧后带钢厚度作为实测厚度，与设定厚度或锁定厚度相减，其差为检测的厚度偏差值，经过转换后用子压下调节。这样就不存在轧辊中心到测厚仪的传输滞后时间了，从而提高了系统性能，获得普遍应用。再加上监控AGC控制，消除了低频干扰因素的影响，如轧辊磨损、轧辊热膨胀等。 1.2 AGC控制原理[5] 在上生产过程中，AGC有如下的控制原理： 1.2.1 辊缝控制 辊缝控制是AGC控制的基本内环，它与其他AGC模式一起使用。辊缝位置的检测有若干种选择，位移传感器可安装在轧机压上油缸上、轧机弯辊油缸内或专门设计的检测支座上。在轧机的操作侧和传动分别有2个或2组传感器获取位置反馈信号，然后把这2个信号加以平均产生一个代表中央位置的信号，这个平均值和一个辊缝给定信号相比较，用两者的差值来驱动伺服阀，调整压上油缸使差值趋于零。 1.2.2 压力控制 压力控制是AGC控制的第二个基本内环，它也需与其他AGC模式一起使用。安装于压上油缸上的压力传感器检测油缸内的压力，经转换得到轧机轧制力反馈信号，这个信号和一个压力给定信号相比较，用两者的差值来驱动伺服阀，调整压上油缸使差值趋于零。压力控制主要用于压力- 张力速度AGC控制、轧机预压靠调零、轧机调试及故障诊断。 1.2.3 压力AGC 控制（GMTR） AGC控制可以有效地增加轧机刚性，使轧机的等效刚性远大于轧机的自然刚性。在轧制过程中，控制系统分别检测轧机操作侧和传动侧的轧制压力，根据轧机的刚性曲线，计算出轧制力所引起的机架拉伸，相对于预计机架拉伸的任何变化被送入辊缝控制环进行动态补偿。如果上述变化被完全补偿，即100%补偿，则轧机将呈现一无限大刚性，轧辊辊缝将不受来料厚度和硬度的影响，可以产生恒定的出口厚度。但是，100%轧机刚性补偿会使支承辊偏心完全反映在带材上，同时系统极不稳定，影响轧制精度，实际工作中，补偿的百分比需要调整以获得最佳的轧机性能。 1.2.4 支承辊偏心补偿 在轧制0.1～0.2 mm 1.2.5 厚度监控 通过出口侧测厚仪检测轧机出口侧带材的厚度偏差，控制轧辊辊缝或轧制压力，使厚度偏差趋于零。厚度监控可以消除热膨胀、轧制速度等对出口厚度的影响，消除入口厚度变化和入口带材硬度变化的影响。 1.2.6 厚度预控 通过入口侧测厚仪检测轧机入口侧带材厚度，存入