冷轧机AGC控制系统模型简介

冷轧机AGC 控制系统模型简介

概述：液压AGC控制技术是现代轧钢生产中不可缺少的关键技术之一，其控

制效果直接影响产品质量，因此对AGC控制系统进行研究具有重要的理论及实际意义。本文介绍了厚度偏差形成的原因，分析了液压AGC系统的调节方式和基本控制原理，对AGC系统中的位置控制器、伺服放大器、位移传感器、压力传感器、控制调节器五个主要模型进行分析。 1.板带轧机液压AGC系统的功能及特点

轧机液压厚度自动控制（简称轧机液压AGC） 系统的作用是消除轧制过程中所生产的带钢纵向长度上的厚度差，使带钢后部向前端厚度看齐，它能在预设定的基础上使板带前后端厚度都在公差范围内。它根据实测辊缝、轧制力，根据弹跳方程计算出实际板厚，在通过实际板厚和要求轧制的板厚，比较其厚差，然后通过伺服阀系统控制，调整压下油缸，以达到所要求的出口板厚。具有以下特点： 1) 快速响应好，调整精度高。 2) 液压阿AGC 过载保护简单、可靠。

3) 采用液压压下可根据工艺要求方便的改变和控制轧机当量刚度 ，实现对轧机从“恒辊缝”到“恒压力”的控制。

正式由于这些特点，.板带轧机采用液压后，提高钢板厚度精度，改善了质量，已成为.板带轧机的必备手段。目前，新建轧机几乎全部采用液压AGC技术，液压AGC技术已经成为现代板带轧机装备水平的重要标志之一。在现代钢铁行业，是否具有液压AGC系统将决定其产品在市场竞争的关键。 2.板带轧机厚度偏差形成的原因

冷轧过程中的带钢厚度偏差主要由热轧原料的厚度偏差以及冷轧过程中产生的厚度偏差构成。

来料在热轧过程中产生厚度偏差的原因有： 1）轧辊偏心；

2）带钢头尾部张力消失； 3）带头和带尾的温差；

4）冷却系统造成温度不均；

5）与运输辊道及冷却辊组接触产生的局部温度偏差。 带钢在冷轧过程中产生的厚度偏差的主要原因有：

1）支撑辊轴承油膜漂移引起的辊缝变化（加速时油膜厚度变化）； 2）轧辊热变形引起的辊缝偏差（轧辊热膨胀） 3）轧机机架弹性变形引起的辊缝偏差； 3.板带轧机厚度偏差解决

安装AGC系统的目的是消除厚差。必须先检测出轧制过程中带钢产生的厚差，然后在采取措施消除这一厚差。可以将这个过程归纳为两个基本构成： 1）厚度偏差的检测

目的是掌握轧制过程中每时每刻带钢厚度偏差的大小。 2）厚度偏差的消除

根据厚度偏差大小，计算出调节量，输出控制信号，然后根据控制信号，调节机构动作，完成调节过程。见图3-1。

4.液压AGC系统

液压AGC系统的控制对象是油缸，油缸通过电液伺服阀驱动。它的任务是接收电液伺服系统AGC系统的指令值，进行压下缸的位置或压力闭环控制，使压下缸实时准确的定位在指令所要求的位置或压力值，达到设定辊缝或压力的目的。

如图4-1所示，缸体相对于活塞的位移通过位移传感器测出来，在实际系统中，为了消除活塞相对于缸体摆动误差，位移传感器内置于缸体内。位移传

感器检测出来的位置信号送到位置实时值输入端，与给定的设定值进行比较，得到的差值送到位移控制器进行调解，并经过伺服放大器进行放大后转换成电流信号送给电液伺服阀，系统中的电液伺服阀直接安装在压下缸上，伺服阀获得电流信号后输出负载流量给压下缸，压下缸就输出一定位移，直到位移传感器的实测值与设定值相等为止，这就是液压AGC系统闭环控制的过程。

5.AGC系统中的主要模型

AGC控制系统中的模型有若干个，本文主要从五个方面进行说明。 1）位置控制器

位置控制器主要采用PI控制器，其动态传递函数为 Gc(S)=Kp+式中，Kp为比例系数；Kt为积分系数。 2）伺服放大器

伺服放大器的频宽比电液伺服阀的频宽高的多，向应速度很快，可不计时间常数，故可看做比例环节，其动态传递函数为 Gu(S)=Ka 式中，Ka为伺服放大的增益。

Kt S

3）位移传感器

位移传感器可视为惯性环节

XdKs= Xp1?TsS式中，Ks为位移反馈系数；Ts为位移传感器时间常数。

4）压力传感器

压力传感器可视为惯性环节 Gf=

Kf

1?TfS式中，Kf为 压力反馈系数，Tf 为压力传感器时间常数。

5）控制调节器

当控制器采用PID调节器时，其动态传递函数为

1+TdS） TiS式中，Kp为PID调节器的比例系数；Ti为PID调节器的积分时间常数；Td为

Gc(S)=Kp（1+

PID调节器的微分时间常数； 6．AGC系统控制模型

基本AGC系统由前馈AGC、监控AGC等联调所组成。通过AGC系统控制，使来料厚度偏差得以消除，以保证成品带钢的厚度精度。如图6-1所示。

?S??Sh0??Sh1

式中?Sh0为前馈AGC输出量，当来料厚度差为?h0时，?Sh0??为可调增益；?Sh1为监控AGC输出量，当出口厚度差为?h1时，

Cp?Q?Sh1???h1，?为可调增益。

Cp 模型结构如图中各个环节的数学模型分析如下：

1）测厚仪环节。测厚仪的信号需要一定时间处理，所以将对所检测的参数造成滞后，故可用一阶惯性环节来表示为 Gtm(S)=式中，Ttm为测厚仪的时间常数。

2）延时器环节。带钢从入口测厚仪检测点移动到轧辊中心线需要一段时间，其传递函数可以用延迟环节表示为

Gda(S)=e??s

式中，?为带钢移送延迟时间，??l0/v0，l0为机架前测厚度仪与辊缝之间的

距离；v0为带钢入口运行速度。

除了入口测厚仪测量点到辊缝需要一定时间，同时还要考虑测厚仪和液压压下执行机构也需要一定的响应时间，使得带钢的测量点在进入轧辊时，辊缝正好调整完毕，这样才能消除该厚差。前馈控制延伸器B的传递函数可以用延迟环节表示为

Gdb(S)=e??s

式中，?为带钢移送延迟时间；??l0/v0-?m ；?m为测厚仪和液压压下的响应时间。

带钢从轧辊出来后移动到出口测厚仪的监控点也需要一段时间，即监控控制的纯滞后时间。该纯滞后时间特性由延时器C实现，可以用延时环节来表示为

Gdc(S)= e??s

式中，?为带钢移送延迟时间；??l1/v1 ；l1为轧辊辊缝与出口测厚仪之间的距离；v1为带钢出口运行速度。

1

1?TtmSQ?h0，?Cp3） 死区环节。设置厚度差死区环节的目的是在保证控制精度的前提下，避免液压压下频繁动作，防止压下执行机构产生不必要和误动作，造成系统不稳定，起到保护压下设备和滤波的双重作用。死区输出按以下算法。 ① 当?h0?d时，?hx=0； ② 当?h0?d时，?hx=?h0。

式中，?h0为测厚仪的输出信号；d为死区域值；?hx为死区环节输出信号。 4） 限幅器环节。设置限幅器环节是为了保证液压AGC的输出不大于最大值，避免辊缝调节量过大而影响带材的平直度，实际上是考虑可液压压下对板型的影响。限幅器按以下算法。 ① 当?S??Smax时，?S1??S； ② 当?S??Smax时，?S1??Smax。

式中，?S为限幅器的输入信号；?Smax为限幅器的限定幅值，即允许的单机架最大辊缝调节量；?S1为限幅器环节的输出信号。 7.结束语

本文从液压轧机形成厚度偏差的原因为出发点，面向对象建立轧制模型。根据液压AGC系统的组成、各部件动态环节和常用的控制方法，建立综合的参数化控制模型，比较全面分析轧制过程中各种因数对带材精度的影响的模型。

3） 死区环节。设置厚度差死区环节的目的是在保证控制精度的前提下，避免液压压下频繁动作，防止压下执行机构产生不必要和误动作，造成系统不稳定，起到保护压下设备和滤波的双重作用。死区输出按以下算法。 ① 当?h0?d时，?hx=0； ② 当?h0?d时，?hx=?h0。

式中，?h0为测厚仪的输出信号；d为死区域值；?hx为死区环节输出信号。 4） 限幅器环节。设置限幅器环节是为了保证液压AGC的输出不大于最大值，避免辊缝调节量过大而影响带材的平直度，实际上是考虑可液压压下对板型的影响。限幅器按以下算法。 ① 当?S??Smax时，?S1??S； ② 当?S??Smax时，?S1??Smax。

式中，?S为限幅器的输入信号；?Smax为限幅器的限定幅值，即允许的单机架最大辊缝调节量；?S1为限幅器环节的输出信号。 7.结束语

本文从液压轧机形成厚度偏差的原因为出发点，面向对象建立轧制模型。根据液压AGC系统的组成、各部件动态环节和常用的控制方法，建立综合的参数化控制模型，比较全面分析轧制过程中各种因数对带材精度的影响的模型。

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