【毕业设计】四机架冷连轧机液压辊缝控制系统研究

随着液压控制系统的广泛应用加上全部控制都将作用于轧辊轧件形成的变形区，因此冷轧自动控制系统需满足下列两个要求是高速控制，二是高速通讯。

这个二高的特点决定了控制系统应是快速分布式计算机控制系统。

各钢铁企业都加快了薄板生产线改造和建设的步伐。

近些年来，为进步提高冷连轧产品质量，广泛采用成品带钢凸度测量仪沿带宽多点射线源及矩阵式接收，以获得沿宽度方向的厚度分布和带钢激光测速仪。

激光测速仪的使用为流量的发展创造了条件。

近年来，国内外在板形和板厚等控制技术方面取得了许多新的进展，大大提高了板带材的几何尺寸精度。

伴随着轧制产品尺寸精度的提高，经济效益也会大幅度上升。

因此，从世纪年代完成了轧钢设备的大型化高速化连续化和自动化后，年代以来，轧制技术发展的主要目标是提高轧制精度性能扩大品种，降耗增效，并进步扩大连续化范围。

通过对轧制过程控制计算机的高精度设定和基础自动化的自动辊缝控制系统的改进，厚度精度已经达到了很高的水平。

回顾我国冷轧已应用的厚度控制系统，可归纳为种基本类型。

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系统。

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等于时，按偏差信号大小去移动压下位置，改变辊缝，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时，则调节轧机入口侧带钢张力，进步减小厚度偏差，即所谓精调。

我国早期的系统调节压下装置的执行机构是电动的，因电动压下响应慢及非线性等缺点，逐渐被液压压下机构代替。

随着轧制速度和自动化程度的提高，为了更有效地控制带钢纵向厚度精度，提高成品带钢质量，液压压下已成为压下系统的发展方向。

其主要优点惯性小反应快截止频率高，系统对外来干扰跟随性好，调节精度高。

对轧辊偏心引起的辊缝发生高频周期变化的干扰能进行有效清除。

可实现轧机刚度系数调节，可依据不同的轧制条件选择不同的刚度系数获得更高的成品质量。

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系统。

将上述系统数字化，并增加前馈控制回路就构成这类系统。

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。

但其余的缺点仍然存在。

采用前馈控制压力反馈控制和监控的系统。

年代，利用现代控制理论电子技术与计算机技术新成就，对上述类系统进步加以改造，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，经过转换后用于压下调节。

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。

即或。

再加上监控控制，消除了低频干扰如轧辊磨损轧辊热膨胀等因素的影响。

数字化或计算机控制，加上些新的控制算法，使这类系统性能获得进步的提高，例如成品厚度为的汽车板，其厚度偏差范围为，可称之为毫米级厚度偏差。

如欲进步把带钢厚度偏差减小到几个，用这类系统是做不到的，因为计算带钢厚度是建立在各种补偿基础上按轧制压力计算的，要精确计算所用补偿参数很难，甚至不可能。

确定在各种轧钢状态下所需各变量的补偿量是件复杂的事情，通常要用复杂的数学模型计算，或用事先存入计算机里的表格数据图形曲线表格化，精度不可能高，这是影响控制精度的主要原因。

例如用这种系统生产易拉罐用带钢就很困难，为此，必须使用控制精度更高的系统。

可控制带钢厚度偏差达到成品厚度的几个之内，这种系统的核心技术是质量流量控制。

在我国，装备较先进的现代化宽带冷轧机及控制系统基本上都是引进设备，其中的许多理论问题以及所采用的先进技术，尚待进步消化研究。

而自行研制的轧机，技术含量不高，生产出的产品竞争力不强，每年尚需要进口大量的高精度板带产品。

尤其国内许多台套的板带轧机生产状况，尚不令人满意，厚度精度急待提高。

对这些轧机实施改造，许多理论和技术上的问题还有待研究。

本课题研究的意义本课题是与本钢冷轧厂的合作项目引进设备消化研究与技术服务协议的子题课的延伸，主要是对其液压辊缝控制系统的的控制算法进行研究。

本钢冷轧厂是个具有现代化生产能力的大型国有企业，目前冷轧厂已投产近十年，部分设备工艺落后劣化严重故障频繁，对正常的生产构成严重威胁。

轧机能否发挥出先进设备的能力，关键在于对引进技术的消化掌握。

为改善设备状况，发挥出先进设备的能力，改善冷轧薄板的精度，必须对轧机的厚度控制等进行改造。

由于本钢轧机的设备及控制系满足液压压下系统的快速性精度和稳定性的要求。

从图中可以看出，随着阶跃信号的输入，的参数通过自学习也迅速进行整定，当阶跃信号平稳后系数也随之稳定下来，整定的速度很快，可以满足液压压下系统的要求。

图为参数随阶跃信号在线调节时，跟踪阶跃信号的误差曲线。

由图可知，系统的在线消除误差的能力很好。

图自适应整定曲线因为在没有控制的情况下，辊缝将随着来料热轧钢板的厚度波动及其它的干扰而波动，来料厚度的波动近似于正弦波形，而辊缝的控制值是固定值，要想了解控制系统的在线消差情况，就必须对其进行正弦跟踪性能研究。

图至是对系统输入跟踪信号为正弦波时，系统的消差性能和动态特性的仿真曲线。

图为仿真时系统输入的正弦曲线图输入正弦曲线从图和可以看出，参数随着输入信号的波动而不断调节整定，跟踪误差的曲线波动范围不大，可以很好的满足带钢生产的要求。

从以上分析可以看出，采用所选用的神经网络结构及参数可以很好的满足系统的动态性能要求，且可以随着辊缝的波动在线调节的参数，比原来不能在线调整的普通调节在控制性能上有了较大的图正弦跟踪参数自整定曲线提高，可以对由于各种情况引起的厚度波动进行较好的抑制，从理论上证明了采用神经网络对液压压下进行在线控制的优越性。

本章小节分析了冷连轧机第机架在厚度精度控制方面存在的问题，对第四章所建立的阀控液压缸的传递函数进行了离散化。

选择了神经网络控制器的结构和参数，对离散化后的传函进行控制系统仿真，从仿真结果上可以看出，该控制器的响应速度快，且具有在线调节的能力，其在线消差等动态性能比原来的定常控制器会有很大的改善。

结论与建议系统地对本钢冷轧薄板厂的冷连轧机的液压辊缝控制系统进行了研究，对此系统的结构及其三种主要的补偿主要是偏心补偿进行了分析。

对工作在位置控制方式下的液压压下系统进行了数学建模。

研究采用神经网络对液压压下系统进行在线整定，通过仿真研究，从理论上证明了对机架出口厚度的波动的抑制作用比原来会有所改善。

本文的这些分析对现场的生产和调试及设备的改造，有着重要的作用。

由于时间的原因，本文主要对第机架进行了研究，没有对整个液压辊缝控制系统进行仿真，尚有许多工作没有做，需要以后进步分析和研究。

参考文献连家创，刘宏民板厚板形控制北京兵器工业出版社彭天乾微米级冷轧带钢厚度控制系统冶金自动化董国江冷连轧机压下系统建模及仿真的研究美金兹伯格著姜明东王国栋等译高精度板带材轧制理论与实践北京冶金工业出版社孙康编著带钢冷连轧计算机控制冶金工业出版社曹鑫铭液压伺服系统沈阳冶金工业出版社康永林轧制工程学冶金工业出版社王廷溥，齐克敏金属塑性加工学轧制理论与工艺冶金工业出社冷带轧机系统参数测定及偏心补偿研究王哲英，王君轧辊偏心中轧制力滤波与补偿的种新方法钢铁研究刘建昌，王贞祥，王立平，等轧机特性的回归与参数估计自动化系统与装置，王彤，刘相华，王国栋，等热带钢轧机的弹性特性钢铁研究，王哲英，王君，王国栋轧制力滤波与辊缝补偿的新方法材料与冶金学报张家冰，韩文秀四辊液压轧机系统重型机械马宁人工智能在轧机偏心和板形控制问题中的应用研究本钢资料徐致让轧钢机动压轴承油膜补偿与临界轧速分析润滑与密封王国栋，刘相华，王军生冷连轧厚度自动控制轧钢路甬祥液压气动技术手册机械工业出版社，陈章位，叶绍春热轧液压压下控制系统在线动态特性分析液压与气动张伟，张益群，高英杰板带轧机液压压下系统的建模与仿真液压与气动赵保全进口连铸连轧机液压系统的分析与改进液压与气动关景泰机电液控制技术上海同济大学出版社张伟，王益群，高英杰板带轧机液压压下系统的建模与仿真液压与气动罗祯伟韶钢中板轧机液压系统液压部分存在的问题及对策冶金设备本钢资料陈建华轧钢自动化系统高精度厚度计公式的工程研究轧钢陈先霖宽带钢热连轧机板形控制系统的开发钢铁杨景明冷带轧机控制系统关键技术研究孔祥东软件在轧机液压自动辊缝控制系统建模及仿真中的应用液压与气动王士刚液压系统可视化动态建模技术及其软件实现方法研究黄绍辉电动液压综合系统的仿真研究冶金自动化刘春荣液压传动冶金工业出版社高英杰，赵静，孔祥东，王益群板带轧机液压系统的动态模拟中国机械工程杨景明，曹智文，冯雅丽，车海军冷轧机液压厚控系统的改进措施冶金自动化王贤琳四辊冷连轧机液压系统研究武钢技术黄志坚，滕召旗轧机液压故障动态仿真方法的探讨金晓则轧机液压控制系统开发宝钢技术张进之引进冷连轧机厚控系统分析及改进方案冶金设备黄忠霖控制系统计算及仿真国防工业出版社美著现代控制工程电子工业出版社邹家祥，徐乐江冷连轧机系统振动控制冶金工业出版社张伟，王益群冷连轧机动态过程特性的建模与仿真工程设计学报王益群，张伟，高英杰等虚拟冷连轧机数字仿真研究中国机械工程，何玉彬，李新忠著神经网络控制技术及其应用科学出版社王国栋，刘相华等著金属轧制过程人工智能优化冶金工业出版社刘金琨先进控制及其仿真电子工业出版社丛爽面向工具箱的神经网络理论与应用中国科学技术大学出版社虞和济，陈长征，张省，周健男著基于神经网络的智能诊断冶金工业出版社作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文赵丽娟，才宏系统在四辊冷带轧机中的应用液压与气动才宏，赵丽娟冷带轧机液压压下系统的动特性分析辽宁工程技术大学学报增刊赵丽娟，才宏四机架冷连轧机液压压下系统建模分析机床与液压已有录用