專利名稱：一種軋機agc控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣自動控制領(lǐng)域，特別是涉及一種軋機AGC控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
軋機AGC (Automatic Gauge Control ，厚度自動控制)是指在熱軋或冷軋?zhí)幚磉^ 程中，為了控制軋機的出口厚度在設定的允許范圍之內(nèi)，而采取的輥縫自動控制的方法。因 此軋機AGC根據(jù)工藝可分為熱軋軋機AGC控制和冷軋軋機AGC控制。軋機AGC控制包括前 饋，反饋和秒流量控制方式，還有效率、油膜、偏心等補償控制。 其中AGC前饋控制是根據(jù)入口帶鋼厚度變化(干擾量)調(diào)節(jié)軋機的輥縫值來消除
該干擾量對出口厚度的影響，該控制可實時、有效地消除入口厚度的變化對出口厚度的影
響。前饋控制的精確度依賴于入口厚度測量值跟蹤到軋機輥縫位置的精度和處理器計算、
執(zhí)行控制的精度，因此要提高前饋控制的精度，精確的跟蹤技術(shù)必不可少。 秒流量控制是根據(jù)軋機入口 、出口的速度和入口厚度計算出出口厚度，然后根據(jù)
計算的出口厚度與實際設定出口厚度比較來控制軋機輥縫大小的方法。由于軋機入口、出
口速度是可以實時測量的，所以帶鋼出口厚度計算值是否準確主要依賴于跟蹤到軋機輥縫
位置的入口厚度實際值，故入口帶鋼厚度的精確位置跟蹤，可以有效提高秒流量控制的可
靠性和精確度。 軋機AGC反饋控制是根據(jù)對出口厚度計測量的出口厚度與實際設定出口厚度值 的偏差的變化情況來控制軋機輥縫值大小的一種方法。軋機AGC反饋控制具有時間滯后的 特點，依靠反饋AGC是不能完全消除出口帶鋼厚度偏差的。但通過精確跟蹤軋機咬合位置 的材料特性、輸入?yún)⒖己蜏y量值、實際執(zhí)行輸出的參考和實際值到出口厚度測量位置，可以 消除監(jiān)視AGC過程中因位置不一致導致的估值誤差，從而可以精確對前饋和秒流量控制算 法進行優(yōu)化和有效可靠地進行反饋AGC控制； 效率補償是包括加減速補償和摩擦補償，由于加減速導致軋機前后的張力變化， 導致材料的特性變化，因此在相同的輥縫和軋制力控制條件下的輸出厚度也隨之變化。摩 擦補償是指在不同帶鋼表面、不同速度和軋制力條件下的靜摩擦力不同，該摩擦力對出口 帶鋼厚度也有影響；效率補償就是通過對實際速度、張力、摩擦系數(shù)分布和當前軋制力的情 況進行分析，并根據(jù)反饋的厚度的變化情況，通過對輥縫預設定和反饋控制的辦法進行修 正，從而克服加減速和摩擦力對軋機出口厚度的影響。 油膜補償是針對油膜軸承的軋機，由于軸承特別是支承輥軸承上有一層油膜，該 油膜導致軋機輥縫發(fā)生變化。油膜厚度隨著運轉(zhuǎn)速度和軋制力大小而改變，因此油膜是速 度和軋制力的函數(shù)，通過對輥縫預設定和反饋控制的辦法進行控制，從而克服油膜厚度對 軋機出口厚度的影響； 偏心補償是指由于軋輥，特別是支承輥的表面硬度不一致或出現(xiàn)偏心，導致軋機 輥縫隨旋轉(zhuǎn)成周期性變化，通過檢測軋輥偏心的情況，通過變換修正輥縫的設定值，及反饋 修正的辦法，克服軋輥偏心對軋機出口厚度的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的問題是提供一種軋機AGC控制系統(tǒng)，本系統(tǒng)結(jié)合軋機AGC前饋、 秒流量、反饋的控制方式，能達到精確控制軋機出口帶鋼厚度的目的。 本發(fā)明為達到以上目的，采用以下技術(shù)方案一種軋機AGC控制系統(tǒng)包括前饋控 制、反饋控制、秒流量控制調(diào)節(jié)裝置和液壓執(zhí)行裝置，前三種控制調(diào)節(jié)裝置均與液壓執(zhí)行裝 置保持通信。在軋機入口設置有入口測厚儀、入口激光測速儀，在軋機出口設置有出口測 厚儀、出口激光測速儀。入口測厚儀、入口激光測速儀、出口激光測速儀的檢測信號傳至秒 流量控制裝置，入口測厚儀、入口激光測速儀的信號還傳至前饋控制裝置，出口測厚儀、出 口激光測速儀的信號還傳至反饋控制裝置，液壓執(zhí)行裝置包括液壓壓下伺服閥和液壓壓下 缸，液壓壓下伺服閥的控制信號傳送至液壓壓下缸。
本發(fā)明主要具有以下有益效果 (1)通過選擇基于VME總線的高性能控制器進行控制，提高控制系統(tǒng)的快速響應 性，其最快響應速度達O. lms，一般采樣、跟蹤、處理和執(zhí)行相應時間可達lms ;這從處理器 速度上滿足了高精度壓下AGC控制的目的； (2)由于采用直接插在VME機架上的快速IO快速存取入側(cè)厚度前饋信號和輸出執(zhí) 行壓下控制模擬信號，從而提高了采樣和執(zhí)行機構(gòu)的響應效率和速度； (3)通過采用專業(yè)設備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采樣和液壓執(zhí)行機構(gòu)，從而使得測量采樣和控 制機構(gòu)的執(zhí)行更加精確、可靠、響應迅速。


圖1是本發(fā)明的軋機AGC結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的軋機AGC硬件配置圖。
圖3是本發(fā)明的軋機AGC數(shù)據(jù)跟蹤示意圖。
圖4是本發(fā)明的軋機輥縫輸出控制流程圖。
圖5是本發(fā)明的軋機AGC入口數(shù)據(jù)跟蹤流程圖。
圖6是本發(fā)明的軋機AGC出口數(shù)據(jù)跟蹤流程圖。 圖中，l :入口測厚儀；2 :出口測厚儀；3 :入口激光測速儀；4 :出口激光測速儀；5 : 液壓執(zhí)行裝置；6 :液壓壓下伺服閥；7 :液壓壓下缸；8 :入口開巻機；9 :出口巻取機；10 :軋 機機架。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及軋機AGC前饋、秒流量和反饋控制的方法。這三種控制方法的共同點 都是通過改變軋機壓下的輥縫設定值來達到控制軋機出口厚度的目的。其中前饋控制和秒 流量控制都是通過對入口厚度進行采樣測量并跟蹤到軋機輥縫位置，然后根據(jù)算法修正壓 下輥縫設定值，來控制出口厚度的；反饋控制需要將出口厚度計的測量值反向跟蹤到軋機 位置，然后根據(jù)反饋控制算法修正壓下的輥縫值，來控制帶鋼的出口厚度。
下面結(jié)合附圖進一步說明本發(fā)明。 如圖1所示，一種軋機AGC控制系統(tǒng)包括前饋控制裝置11、反饋控制裝置12、秒流量控制裝置13和液壓執(zhí)行裝置5，前三種控制裝置11、12、13均與液壓執(zhí)行裝置5保持通 信。在軋機入口設置有入口測厚儀1、入口激光測速儀3，在軋機出口設置有出口測厚儀2、 出口激光測速儀4。入口測厚儀1、入口激光測速儀3、出口激光測速儀4的檢測信號傳至秒 流量控制裝置13，入口測厚儀1、入口激光測速儀3的信號還傳至前饋控制裝置ll，出口測 厚儀2、出口激光測速儀4的信號還傳至反饋控制裝置12，執(zhí)行裝置5包括液壓壓下伺服閥 6和液壓壓下缸7，液壓壓下伺服閥6的控制信號傳送至液壓壓下缸7。
如圖2所示，本系統(tǒng)還包括快速數(shù)字量10、快速模擬量10、相對增量編碼器和絕 對增量編碼器，用于快速存取外部數(shù)字、模擬、速度和位移測量信號。這些信號主要包括液 壓執(zhí)行裝置5有電磁閥控制及其狀態(tài)檢測裝置、伺服閥控制及其位移檢測裝置、軋制力檢 測裝置；入口有入口測厚儀1和入口激光測速儀3，出口有出口測厚儀2、出口激光測速儀 4 ;這些現(xiàn)場輸入輸出信號均通過快速數(shù)字量10、快速模擬量10、相對增量編碼器和絕對增 量編碼器進行存取，并與VME總線通信。 前饋、反饋控制裝置11、12均包含乘法器，秒流量控制裝置13、液壓執(zhí)行裝置5包 含PID(比例-積分-微分)調(diào)節(jié)器。如圖l所示，入口測厚儀l的輸出信號AhO輸出后 通過一個乘法器與M/K的值相乘，然后再輸入液壓執(zhí)行裝置5，其中M為帶材塑性系數(shù)，K為 軋機彈性系數(shù)。出口測厚儀的輸出信號Ahl輸出后通過一個乘法器與l+M/K的計算值相 乘，然后再輸入液壓執(zhí)行裝置5。秒流量控制裝置13通過一個PID調(diào)節(jié)器將控制信號輸入 液壓執(zhí)行裝置5。液壓壓下伺服閥6和液壓壓下缸7之間接有兩個PID調(diào)節(jié)器分別進行輥 縫位置和軋制力控制。 控制系統(tǒng)內(nèi)的控制裝置可采用ALSTOM的HPCi、GE的INNOVATION、SIEMENS的TDC 或Motorola的MVME等。快速數(shù)字量IO、快速模擬量IO和快速編碼器(相對增量編碼器和絕 對增量編碼器)信號采樣模i央可采用ALSTOM的VME FASTI/0、North Atlantic Industries 的64C2多功能1/0模板、GE的VME系列模板或SIEMENS的SM500模板等，分別插在各自提 供的控制裝置內(nèi)。入口測厚儀1和出口測厚儀2可采用IMS的X射線厚度儀、東芝的y射 線測厚儀或德國Fischer的X射線厚度儀。液壓壓下伺服閥6可采用德國Rexroth伺服閥 或M00G伺服閥，液壓壓下缸7采用不銹鋼液壓缸體。 —種軋機壓下AGC控制方法的處理流程是通過入口測厚儀、入口激光測速儀、出 口測厚儀、出口激光測速儀、位移檢測裝置、軋制力檢測裝置采樣后，將信號傳送至快速模 擬量IO、快速數(shù)字量IO和快速編碼器(相對編碼器和絕對編碼器)信號采樣模塊，將信號 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后經(jīng)VME總線將數(shù)字信號傳送并保存在動態(tài)存儲器，然后通過高性能 控制裝置進行處理和運算，產(chǎn)生控制信號，最后依次通過VME總線、快速模擬量IO和快速數(shù) 字量10將控制信號和控制值輸出給液壓執(zhí)行裝置以實現(xiàn)軋機液壓AGC控制的目的。
軋機液壓AGC控制包括輥縫位置控制和軋制力控制兩種方式，其方法是通過位 移檢測裝置、軋制力檢測裝置進行采樣和信號反饋；采用斜坡梯度發(fā)生器給定控制器輸出 輥縫值，以控制壓下速度；在輥縫控制和軋制力控制過程中，若過調(diào)則返回一個梯度值，再 以較小的速度逼近目標值；設定輥縫調(diào)節(jié)死區(qū)，當調(diào)節(jié)目標到達設定值允許范圍時，完成調(diào) 節(jié)過程；若單次輥縫調(diào)節(jié)偏差較大且不宜校正，則在規(guī)定的時間內(nèi)允許較大的偏差，在下一 個調(diào)節(jié)周期中進一步調(diào)節(jié)。
如圖4所示，輥縫位置控制和軋制力控制的步驟包括
1)準備完畢后，設置壓下輥縫調(diào)節(jié)時間tp、一個調(diào)節(jié)梯度的執(zhí)行時間tpl和調(diào)節(jié) 允許的死區(qū)范圍dp ; 2)根據(jù)1)步設定值的大小設定輥縫控制輸出的梯度np和每個梯度調(diào)節(jié)值； 3)輸出一個梯度值； 4)執(zhí)行一個梯度值的輥縫控制輸出； 5)判斷是否到達單個梯度調(diào)節(jié)的時間tpl，若為是，進入下一步；若為否轉(zhuǎn)至步驟 4); 6)判斷是否到達梯度設定值np，若為是進入下一步；若為否轉(zhuǎn)至步驟3);
7)判斷調(diào)節(jié)過程是否已到達允許的死區(qū)范圍dp，若為是轉(zhuǎn)至12);若為否進入下 少； 8)判斷是否過調(diào)，若為是進入下一步，若為否則轉(zhuǎn)至步驟10); 9)返回一個梯度值； 10)以較小的速度接近目標值； 11)判斷是否到達設定調(diào)節(jié)時間tp，若為否則轉(zhuǎn)至7)，若為是則進入下一步；
12)結(jié)束控制過程。 對所有采樣數(shù)據(jù)和信號進行跟蹤處理，跟蹤處理的方法包括首先確定控制系統(tǒng) 各參數(shù)，然后對軋機入口參數(shù)和軋機出口參數(shù)進行跟蹤；
其中入口參數(shù)跟蹤和出口參數(shù)跟蹤的過程包括 入口參數(shù)跟蹤過程從入口信號檢測裝置(如入口厚度儀l)將帶鋼入口信號(如 帶鋼材料特性、規(guī)格、尺寸)和入口數(shù)據(jù)采樣值(如入口實測厚度、速度)跟蹤到軋機咬合 位置，高性能控制裝置再根據(jù)跟蹤實際值進行前饋控制和秒流量控制，消除在前饋和秒流 量控制過程中的時滯誤差，實現(xiàn)精確控制； 出口參數(shù)跟蹤過程從軋機咬合的位置將入口數(shù)據(jù)跟蹤信號、當前位置帶鋼信號 (如材料特性，如長度、寬度、硬度等)、液壓執(zhí)行裝置的數(shù)據(jù)信號(如輥縫參考值和實際值、 軋制力參考值和實際值)和控制信號及油膜偏心等信號跟蹤到出口信號檢測位置，高性能 控制裝置再根據(jù)跟蹤實際值、軋機參考設定值和實際測量厚度值進行反饋控制和對前饋控 制、秒流量控制的算法進行優(yōu)化。 作為精確有效的軋機AGC控制系統(tǒng)，具體實施步驟為
壹.從硬件方面提高系統(tǒng)的快速響應性 1.為提高系統(tǒng)的快速響應性，控制系統(tǒng)采用基于VME(Versa Module Eurocard) 總線的高性能控制器(如ALST0M公司的HPCi，GE公司的INNOVATION, SIEMENS公司的TDC 和Motorola公司的MVME等)進行控制，提高控制系統(tǒng)的快速響應性，其最快響應速度是 0. lms，一般采樣和控制器響應時間可放在1ms的控制器循環(huán)執(zhí)行周期里，即做到處理器每 lms采樣和執(zhí)行一次。 2.采用直接插在VME機架上的快速數(shù)據(jù)采集IO(如ALSTOM的VME FASTI/0, NorthAtlantic Industries的64C2多功能1/0模板、GE的VME系列模板、SIEMENS的SM500 模板等)快速存取軋機兩側(cè)的采樣信號、輥縫檢測信號和控制執(zhí)行裝置的采樣和控制輸出 信號，以便提高采樣和控制輸出的接口通信速度，提高信號采樣和調(diào)節(jié)機構(gòu)執(zhí)行的響應性。
3.采用專業(yè)設備(如厚度儀有MS公司的X射線厚度儀、東芝Y射線測厚儀、德國Fischer的X射線厚度儀等，液壓執(zhí)行機構(gòu)包括伺服閥和液壓缸，伺服液壓閥主要有德國 力士樂(Rexroth)伺服閥，M00G伺服閥等。液壓缸采用國內(nèi)專業(yè)的液壓廠家生產(chǎn)的不銹鋼 液壓缸體)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采樣和液壓機構(gòu)的執(zhí)行，以提高采樣和執(zhí)行機構(gòu)的精確性、可靠性 和快速響應性。 以上是從硬件角度提高系統(tǒng)的快速響應性，該方面的特征是必須的，只要通過合 理的系統(tǒng)集成配置即可實現(xiàn)。請看說明書示圖l控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。
貳.通過有效的輥縫控制手段提高輥縫控制執(zhí)行的精度與效率
軋機AGC輥縫控制過程遵循如下法則 1.采用斜坡梯度發(fā)生器給定設定值控制輥縫值，合理控制壓下速度，從而減少過 調(diào)幾率，避免過調(diào)誤差，實現(xiàn)平滑穩(wěn)定的壓下位置調(diào)節(jié)。 2.當出現(xiàn)過調(diào)時，返回一個梯度值，再以較小的速度逼近目標值，從而避免方向不 一致導致的調(diào)節(jié)誤差。 3.設定輥縫調(diào)節(jié)死區(qū)，當調(diào)節(jié)輥縫目標值到達設定值的允許范圍值時，表示調(diào)節(jié) 完成，以避免或減少調(diào)節(jié)震蕩。 4.若單次輥縫調(diào)節(jié)偏差較大，在規(guī)定時間之后停止調(diào)節(jié)，以避免影響下一個調(diào)節(jié) 周期。 以上特征是有效的輥縫控制手段，為保證控制精度和控制執(zhí)行的周期，提高控制 效率具有重要意義。 叁.通過精確的參數(shù)位置跟蹤提高具有快速控制處理要求的AGC前饋、秒流量和 反饋控制的效果和精度 1.通過對入口厚度測量值(或計算值)直到出口厚度檢測值的精確跟蹤，消除前 饋控制或秒流量控制因位置不一致產(chǎn)生的時滯，從而提高前饋和秒流量控制的精度，并提 高反饋控制的效果和控制精度。 2.為保證精確跟蹤的精度，采用準確定時的數(shù)據(jù)跟蹤辦法，消除速度變化對帶鋼 跟蹤精度的影響。準確定時計算充分考慮到數(shù)據(jù)采樣時間、數(shù)據(jù)存取和控制器處理時間和 控制執(zhí)行裝置(伺服閥控制系統(tǒng))的執(zhí)行時間。以準確的采樣時間采集數(shù)據(jù)，保證在處理 器處理和采樣數(shù)據(jù)的精確性，使軋機AGC前饋和秒流量控制具有可靠、實時的效果，從而徹 底消除控制誤差；使反饋控制在材料位置上保持沒有偏差，從而便于前饋和秒流量控制算 法的自學習優(yōu)化，提高反饋控制精度和效果。 3.在同一跟蹤周期對采樣信號進行限幅檢測和故障處理，避免了在采樣、跟蹤和 處理過程中異常情況的發(fā)生，加強了 AGC控制系統(tǒng)的可靠性。 4.在同一跟蹤周期和執(zhí)行周期中對采樣和檢測信號進行平滑處理，提高了信號的 精確度和可靠性。 下面對參數(shù)位置跟蹤實施的過程進行詳細闡述，首先確定控制系統(tǒng)各參數(shù)和信 號，然后對軋機入口參數(shù)信號和軋機出口參數(shù)信號進行跟蹤。
—、確定控制系統(tǒng)各參數(shù)和信號 如果選擇軋機入口、出口檢測信號(如厚度值)采樣的設備和控制器循環(huán)執(zhí)行的
周期相同，則入口、出口采樣數(shù)據(jù)跟蹤時，以下各參數(shù)值的定義和大小相同。
101.確定控制器循環(huán)執(zhí)行周期t。
基于VME總線的控制器，其處理周期最小只有O. lms。通?？刂破餮h(huán)執(zhí)行周期 t。定義為lms，這樣既可以保證較快的循環(huán)處理速度，又可以減小處理器的執(zhí)行負荷，使處 理器可靠快速地處理壓下AGC控制過程。也可根據(jù)控制器的負荷情況選擇2ms的控制循環(huán) 周期來處理壓下AGC控制的采樣、處理、執(zhí)行和控制。
102.確定數(shù)據(jù)信號采樣周期tm 影響數(shù)據(jù)采樣周期tm的因素包括(l)信號的檢測時間，這與采用的檢測設備、信 號轉(zhuǎn)換速度有關(guān)；(2)信號的讀取和保存到處理器的時間，與控制器循環(huán)執(zhí)行周期t。和快 速數(shù)據(jù)存取I0的時間有關(guān)；(3)信號的處理時間，與控制器循環(huán)執(zhí)行周期t。有關(guān)。由于以 上過程分時進行，所以一個采樣周期tm等于以上3個時間之和。 當信號檢測裝置、數(shù)據(jù)采集IO和控制器循環(huán)執(zhí)行周期t。確定的情況下，數(shù)據(jù)采樣 周期tm是一個固定值。由于信號檢測時間、數(shù)據(jù)采集IO轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)臅r間在微妙級，相對
控制器循環(huán)執(zhí)行周期t。較小，因此數(shù)據(jù)采樣周期tm不超過2個控制循環(huán)周期t。，即t。 < tm
< 2tc。 103.確定控制器執(zhí)行時間tp 控制器輸出執(zhí)行過程包括控制器處理、輸出和執(zhí)行裝置的執(zhí)行的過程，所以控制 器執(zhí)行時間是如下時間之和1.控制器輸出信號處理、存取的時間，這與控制器的算法和 循環(huán)執(zhí)行周期t。有關(guān)；2.控制器控制信號輸出的時間，與快速10數(shù)據(jù)存取的時間有關(guān)； 3.伺服閥執(zhí)行機構(gòu)響應和壓下的時間，該時間與伺服閥的相應特性有關(guān)。
在軋機AGC控制過程中，伺服閥執(zhí)行機構(gòu)響應和壓下的時間確定由于控制器處 理采用階梯值給定方法輸出控制，因此以上輸出控制的過程需要反復若干次rv才能達到 輥縫預設值，設每次處理器控制執(zhí)行的周期為t^則到達輥縫預設值的時間是npXt^ ;若 有過調(diào)，還要回調(diào)一定的位置后再以相同的方向低速逼近輥縫預設值。為了減少和消除調(diào) 節(jié)的震蕩，調(diào)節(jié)值設置死區(qū)，以便當輥縫達到設定值允許的誤差范圍時即認為到達預設值 并停止調(diào)節(jié)；所以設置最大調(diào)節(jié)執(zhí)行周期tpmax，當超過該周期時，停止進一步調(diào)節(jié)，執(zhí)行下 一個輥縫值調(diào)節(jié)執(zhí)行周期。所以一次控制器執(zhí)行時間tp是到達預設值的時間與可能的回 調(diào)和震蕩時間tr之和:tp = npXtpl+tr，i tp《tp x。 每個處理器控制執(zhí)行的周期tpl，伺服控制系統(tǒng)執(zhí)行一個壓下梯度值，因此一個梯 度執(zhí)行的時間等于處理器控制執(zhí)行的周期tpl。由于IO轉(zhuǎn)換輸出時間在微秒級，控制器循 環(huán)執(zhí)行時間在1 2ms，而伺服閥輸出控制的周期是伺服閥加油缸響應時間與壓下機械相 應時間之和。伺服閥加油缸響應時間周期時間在20 40ms，完成一個壓下梯度的設定，壓 下機械響應速度vpl最大為8mm/s (即8 y m/ms)，結(jié)合每個梯度的調(diào)節(jié)行程Spl即可通過spl/ vpl計算出來，因此每個梯度所要執(zhí)行的時間等于伺服閥加油缸響應時間周期時間、壓下機 械響應時間和控制器循環(huán)執(zhí)行時間之和。 一般在40ms 90ms之間。因此伺服閥執(zhí)行機構(gòu) 響應和壓下的時間遠遠大于處理器執(zhí)行周期和IO轉(zhuǎn)換輸出時間，整個控制器執(zhí)行時間tpl 主要取決于伺服閥執(zhí)行機構(gòu)響應和機械壓下的速度。 在控制執(zhí)行機構(gòu)、控制器算法、控制器循環(huán)執(zhí)行周期t。和數(shù)據(jù)輸出10設備確定的 情況下，上述每個處理器控制執(zhí)行的周期t^可以通過計算來確定。 一次AGC控制輸出調(diào)節(jié) 所用的全部時間(即控制器執(zhí)行時間tp)就是每次控制執(zhí)行的周期tpl與控制器處理執(zhí)行 的次數(shù)的乘積。如控制器處理梯度執(zhí)行的最大次數(shù)不超過5次，則一次伺服閥最大調(diào)節(jié)執(zhí)行周期tpmax等于一個處理器梯度控制執(zhí)行的時間tpl的5倍。若按40ms < tpl < 90ms的 范圍確定單次梯度循環(huán)控制的執(zhí)行周期t^，然后根據(jù)tp = tplXnp就可確定tp的值。其中 實際控制輸出執(zhí)行的次數(shù)np的范圍為1《np《5，如圖七所示。 通過采用以上的控制策略，可以減少控制器處理執(zhí)行的次數(shù)，并能穩(wěn)定可靠地達
到輥縫位置控制的目標值。 104.數(shù)據(jù)跟蹤周期tte 數(shù)據(jù)采樣之后需要跟蹤處理，然后參與控制器的執(zhí)行。在采樣的同時，處理器同時 進行跟蹤處理和控制器的執(zhí)行(即輥縫的調(diào)節(jié))，為保證每一個跟蹤數(shù)據(jù)能有不同的采樣 數(shù)據(jù)且能可靠地在控制器中執(zhí)行，需要使跟蹤時間大于或等于控制器的執(zhí)行時間和數(shù)據(jù)的 采樣時間，由于tp > tm， tm > t。，控制器執(zhí)行時間tp的最大調(diào)節(jié)執(zhí)行周期為tpmax，因此只要 數(shù)據(jù)跟蹤周期tte大于或等于最大調(diào)節(jié)執(zhí)行周期tpmax，就能保證采樣的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過跟蹤后 能夠完整可靠地執(zhí)行一次。 數(shù)據(jù)跟蹤周期tte同時是控制器循環(huán)執(zhí)行周期t。、控制器執(zhí)行時間tp和數(shù)據(jù)采樣
周期tm的最小公倍數(shù)或最小公倍數(shù)的倍數(shù)，這樣才能保證采樣信號經(jīng)過跟蹤能夠可靠地輸
出執(zhí)行。用公式表示為<formula>formula see original document page 9</formula> f :求最小公倍數(shù)； nte :倍數(shù)，為保證采樣和控制的精度， 一般取值1或2。 由于tte是tm的倍數(shù)nm，因此在跟蹤周期tte內(nèi)采樣和采樣值存取的次數(shù)等于該倍 數(shù)rv該采樣值通過高低限幅處理，若采樣的數(shù)值無效，剔除無效的采樣值，并報警；同時對 有效的采樣值做加權(quán)平均處理，得到一個跟蹤周期內(nèi)的實際入口厚度值。
由于經(jīng)高低限幅和加權(quán)平均處理后得到的跟蹤入口厚度值，雖沒有考慮帶鋼的速 度，但充分考慮了從信號采樣到液壓AGC控制系統(tǒng)可靠完整執(zhí)行的時間，因此可實現(xiàn)可靠、 及時的AGC調(diào)節(jié)，從而最大限度地消除了來料厚度變化對出口厚度的影B向，達到可靠精確 的AGC控制的目的。 105.在一個跟蹤周期內(nèi)，從入口數(shù)據(jù)采樣點到軋機輥縫調(diào)節(jié)位置的跟蹤周期的最 大位移偏差值A(chǔ) lmax和最大位移偏差次數(shù)Anmax值 在入口數(shù)據(jù)采樣點到軋機輥縫調(diào)節(jié)位置之間的距離和帶鋼傳動的加速度a—定 的情況下，帶材在入口數(shù)據(jù)采樣點的初始速度v。越低，在入口數(shù)據(jù)采樣點到軋機輥縫調(diào)節(jié) 位置之間的帶材速度偏差越大。假如帶鋼AGC投入時的帶鋼速度不小于60m/min(即lm/ s)，設入口厚度檢測點與軋機輥縫調(diào)節(jié)位置之間的距離S。 = 5m，加速度a《lm/V，則在帶 鋼速度較小時，從檢測位置跟蹤到軋機位置的帶鋼速度偏差<formula>formula see original document page 9</formula> 也就是說，在軋機AGC投入且正常運行時，從入口檢測位置到達軋機咬合位置時， 帶鋼實際運行速度的最大偏差值A(chǔ) Vmax是2. 31 m/s 。 其中，a為帶材加速度，v。為帶材在入口數(shù)據(jù)采樣點的初始速度，S。為入口數(shù)據(jù)采 樣點到輥縫調(diào)節(jié)位置的距離；
設一個跟蹤周期在入口測厚儀位置時的采樣帶鋼長度是1。，到達軋機輥縫咬合位 置采樣的帶鋼長度是l"則




11 = 10+ttrAV ; 或11 = 10_ttrAV ; 則采樣長度偏差值A(chǔ) 1 = 最大采樣長度偏差 △ lmax — ttr Vmax — 2. 31 則最大偏差跟蹤周期
AV
<formula>formula see original document page 10</formula>
也就是說，在入口采樣檢S
點一個跟蹤周期的帶鋼采樣長度，經(jīng)加速后到達軋機 咬合位置最多需要3個跟蹤周期處理，以可靠完成一個完整的壓下AGC輥縫控制過程；同樣 在帶鋼減速時為了在軋機AGC輥縫控制過程中完整、可靠地執(zhí)行一個跟蹤周期，在入口信 息采樣點最多需要3個跟蹤周期。 106.根據(jù)下式(1) (2)計算從軋機入口數(shù)據(jù)采樣點到軋機咬合位置的跟蹤次數(shù)
<formula>formula see original document page 10</formula> S0+vn ttr > SI > S0 (2) 其中，Vi為每個跟蹤周期的速度測量值，通過激光測速儀或速度編碼器實時檢測； i為跟蹤次數(shù)，Sl為帶鋼從入口厚度檢測裝置跟蹤到軋機執(zhí)行裝置過程中行走的距離，S。是 入口厚度檢測點到軋機咬入點之間的距離，是一個固定值。 107.根據(jù)下式(3)和(4)計算從輥縫調(diào)節(jié)位置到軋機出口數(shù)據(jù)采樣點的跟蹤次數(shù) 8;=2>;<=4.2>; (3)
i=l i=l S' 。+v' n, *t' tr>S' i^S' 。 (4) 其中，v' i為每個跟蹤周期的速度測量值，i為跟蹤次數(shù)，S'工為帶鋼從軋機執(zhí)行 裝置到出口檢測裝置跟蹤行走的距離，通過激光測速儀或速度碼盤實時檢測；S'。為出口
厚度檢測點與軋機之間的距離，t' te為出口跟蹤周期，確定方法同ttr，在控制器循環(huán)執(zhí)行 周期和采樣周期相同時t' te = tte。
二 .入口數(shù)據(jù)信號的采樣和跟蹤的方法1.入口數(shù)據(jù)(如厚度)的采樣由于數(shù)據(jù)跟蹤周期ttr是數(shù)據(jù)采樣周期tm的倍數(shù)， 因此在ttr周期內(nèi)采樣和采樣值存儲的次數(shù)等于該倍數(shù)。該采樣值通過高低限幅處理，若采 樣的數(shù)值無效，剔除無效的采樣值且報警，同時對有效的采樣值做加權(quán)平均處理，得到一個 跟蹤周期的入口實際厚度值。入口數(shù)據(jù)的采樣適用于前饋控制和秒流量控制。
2.入口采樣數(shù)據(jù)的跟蹤方法 201)采用指針結(jié)構(gòu)的數(shù)組來存儲和處理跟蹤數(shù)據(jù)。該結(jié)構(gòu)數(shù)組有兩個指針，一個
是入口指針Pin，指向加入數(shù)組的入口數(shù)據(jù)(即新加入的數(shù)據(jù))；一個是出口指針P。ut，指向數(shù)組的出口數(shù)據(jù)。每個結(jié)構(gòu)可以包括若干項，其中必須有當前采樣跟蹤數(shù)據(jù)序列號，當前采 樣的速度，當前采樣材料的特性，如長度、寬度、硬度等。并設入口指針Pin的數(shù)據(jù)的序列號 是k，出口指針P。ut的數(shù)據(jù)的序列號是j，從入口到達軋機調(diào)節(jié)輥縫位置所需的采樣跟蹤次 數(shù)是n，則從j = l到k二n，分別表示該結(jié)構(gòu)指針數(shù)組中從出口指針P。ut到入口指針Pin所 有跟蹤數(shù)據(jù)的序列。最后將j、 k置零。 設S。是入口厚度檢測點到軋機咬入點之間的距離，是一個固定的值。、為每個跟 蹤周期的速度測量值，通過激光測速儀或速度碼盤實時檢測，i為跟蹤次數(shù)，SI為帶鋼從入 口厚度檢測裝置跟蹤到軋機執(zhí)行裝置過程中行走的距離。
在咬入前的跟蹤位移為
<formula>formula see original document page 11</formula>
i=j i=l
則從入口厚度測量位置跟蹤到達軋機咬合位置時滿足如下關(guān)系式
S0+vn ttr > SI > S0 (6) 202)對軋機入口的帶材厚度采樣一次，將入口指針加l，即Pin = Pin+1， k = k+l， n = k ;若是第一次采樣，則將出口指針置1，即P。ut = 1， j = 1。 203)將Pin所指向的值代入(5)式得到S工的累加值，然后判斷(6)式是否成立，若 成立則將P。ut所指向的跟蹤數(shù)據(jù)(如入口厚度跟蹤值)賦給壓下AGC控制系統(tǒng)參與控制； 否則返回執(zhí)行步驟202)。 204)將入口指針加l，即Pin二Pin+l，此時Pin的序列號k二k+l，n二n+l ;代入上 式(5)式計算S1的累計值，然后判斷(6)式是否成立，若成立則說明入口指針新加入的跟 蹤周期的長度較小，直接用當前出口 P。ut的跟蹤值，作為輥縫控制輸入值參與控制，出口指
針P。ut不變，序列號k不變； 205)若(6)成立，則若為第一次，建立初始值為1的計數(shù)器c，然后重復步驟204); 若不是第一次，則將計數(shù)器c加l，若c《Anmax， An^二3，則重復步驟204)，若c〉 A nmax 則停止跟蹤過程，轉(zhuǎn)入故障處理，進入步驟209)。 若不成立，則說明跟蹤實際長度已超出S。，轉(zhuǎn)入步驟206)執(zhí)行。
206)將P。ut所指向的結(jié)構(gòu)數(shù)組值移除保存，然后將出口指針P。ut加1，即P。ut = P。ut+1， j = j+l，此時初始值i等于i加l，指向跟蹤隊列出口的下一數(shù)據(jù)，即從跟蹤數(shù)據(jù)隊 列出口的下一跟蹤數(shù)據(jù)開始到跟蹤數(shù)據(jù)入口參與(5)式的計算，并判斷(6)式是否成立；
若(6)式不成立則則將當前的出口指針P。ut上的跟蹤數(shù)據(jù)入口實際厚度移出并保 存，設置初始值為0的計數(shù)器cl，將計數(shù)器值加l，若cl《Anmax， Anmax = 3，則重復執(zhí)行步 驟206)步；若cl > An^則停止跟蹤過程，轉(zhuǎn)入故障處理，進入步驟209)。如果(6)式成 立則執(zhí)行下一步； 207)將步驟206)移出并保存的P。ut曾經(jīng)指向的入口厚度值值和當前P。ut所指向 的跟蹤值進行算術(shù)平均后，再賦給軋機輥縫AGC控制系統(tǒng)進行輥縫控制；
208)將入口指針Pin和出口指針P。ut之間的數(shù)組重新排序，排序后的數(shù)組仍按序號 從1開始到n結(jié)束。速度、材料屬性(如厚度、寬度、硬度等)仍按新的排序順序進行定義，如速度從Vl到vn，入口厚度采樣值從^到hn。然后轉(zhuǎn)向步驟202)。 209)停止跟蹤過程。 三.出口厚度采樣數(shù)據(jù)的跟蹤方法 1.出口數(shù)據(jù)的采樣適用于反饋控制，其采樣方法與前饋控制和秒流量控制時入
口厚度采樣類似。由于t' tr是tm的倍數(shù)，因此在t' tr周期內(nèi)采樣和采樣值存儲的次數(shù)
等于該倍數(shù)。該采樣值通過高低限幅處理，若采樣的數(shù)值無效，剔除無效的采樣值則報警， 同時對有效的采樣值做加權(quán)平均處理，得到一個跟蹤周期的出口實際厚度值。
2.出口厚度采樣數(shù)據(jù)(即反饋信號)的跟蹤具體實施步驟為 出口采樣數(shù)據(jù)的跟蹤方法與入口數(shù)據(jù)的跟蹤方法相同。具體步驟如下 301)建立指針結(jié)構(gòu)的數(shù)組來存儲和處理跟蹤數(shù)據(jù)，該結(jié)構(gòu)數(shù)組包括指向加入數(shù)組
的數(shù)據(jù)的指針P' in和指向數(shù)組輸出的數(shù)據(jù)的指針P' 。ut，并設入口指針P' in的數(shù)據(jù)序
列號是1，出口指針P。ut的數(shù)據(jù)的序列號是m，從達軋機調(diào)節(jié)輥縫位置到出口數(shù)據(jù)采樣位置 所需的采樣跟蹤次數(shù)是n'，則從1 = 1到m = n'分別表示該結(jié)構(gòu)指針數(shù)組中從出口指針
P'。ut到入口指針P'in所有跟蹤數(shù)據(jù)的序列。數(shù)組的每個結(jié)構(gòu)可以包括若干項，其中必
須有當前采樣跟蹤數(shù)據(jù)序列號，當前采樣的速度和加速度，當前采樣出口材料的特性，如長 度、寬度、硬度等，當前輥縫參考值和實際值、軋制力、跟蹤入口采樣值及油膜偏心等其它軋 機參數(shù)。最后將l和m置零。 設S'。是入口厚度檢測點到軋機咬入點之間的距離，是一個固定的值。v' i為 每個跟蹤周期的速度測量值，通過激光測速儀或速度碼盤實時檢測，S'工為帶鋼從軋機輥 縫位置跟蹤到出口厚度檢測裝置過程中行走的距離。
從軋機輥縫位置到出口厚度測量位置跟蹤位移 s;=Jv;.4^.tv; (7)
i=l i-I 則從軋機輥縫位置跟蹤到達出口厚度測量位置時滿足如下關(guān)系式
S' o+v' n, t' tr > S' ! > S' o (8) 302)對軋機出口的帶材厚度每采樣跟蹤一次，就將出口指針加1，即P' in = P' in+l，l二l+l;若是第一次采樣跟蹤，需將出口指針置l，即P' 。ut=l，m=l;
303)將P' in的速度值代入(7)式得到S' J勺累加值，然后判斷(8)式是否成 立，若成立則將P' 。ut所指向的跟蹤值輸出和當前的出口厚度采樣值一起參與輥縫AGC控 制系統(tǒng)控制，否則返回執(zhí)行步驟302)。 304)將入口指針加l，即P' in = P'化+l，此時P' in的序列號1 =m+l， n，= n' +1 ;代入上式(7)式計算S'工的累計值，然后判斷(8)式是否成立，若成立則說明出口 指針新加入的跟蹤長度較小，直接用當前出口 P' 。ut的跟蹤值，輸出參與輥縫AGC控制系統(tǒng) 控制，出口指針P' 。ut不變，序列號m不變； 305)若(8)成立，則若為第一次，建立初始值為1的計數(shù)器c'，然后重復步驟
304);若不是第一次，則將計數(shù)器c'加l，若c'《An隨，Anmax = 3，則重復步驟304)，若
c' > An^則停止跟蹤過程，轉(zhuǎn)入故障處理，進入步驟309)。 若(8)不成立則說明跟蹤實際長度已超出S'。，轉(zhuǎn)入步驟306)執(zhí)行。 306)將P。ut所指向的結(jié)構(gòu)數(shù)組值移除保存，然后將出口指針P' 。ut加l，即P' 。ut=P' 。ut+l，指向出口P' 。ut的序列號m二m+l，此時初始值i等于i加l;指向跟蹤隊列出 口的下一數(shù)據(jù)，即從跟蹤數(shù)據(jù)隊列出口的下一跟蹤數(shù)據(jù)開始到跟蹤數(shù)據(jù)入口為止參與(7) 式計算，并判斷(8)式是否成立； 若此時(8)式不成立，則將當前的出口指針P' 。ut上的跟蹤數(shù)據(jù)移出并保存；設置 初始值為O的計數(shù)器c' p將計數(shù)器值加l，若c' i《Anmax， An^二3，則重復執(zhí)行步驟 306)步；若c'工> Anmax則停止跟蹤過程，轉(zhuǎn)入故障處理，進入步驟309)。如果(8)式成 立則執(zhí)行下一步； 307)將步驟306)移出并保存的P' 。ut曾經(jīng)指向的跟蹤數(shù)據(jù)和當前P' 。ut所指向
的跟蹤值進行線性處理后，再輸出參與軋機輥縫AGC控制系統(tǒng)進行輥縫控制； 308)將出口指針P' in和出口指針P' 。ut之間的數(shù)組重新排序，排序后的數(shù)組仍
按序號從1開始到n'結(jié)束；然后轉(zhuǎn)至步驟302); 309)停止跟蹤過程。 出口厚度跟蹤控制的特點是將實際的干擾、執(zhí)行和最后得到出口厚度的結(jié)果進行 實時比較、分析和控制，避免了以前反饋控制方法中干擾和執(zhí)行的對象與反饋執(zhí)行的結(jié)果 對象不同的情況，消除了反饋中存在的位置上的滯后，便于更精確地分析、判斷和控制，特 別是將反饋厚度檢測值的實際變化與各干擾分量的實際變化對應起來進行比較和分析，優(yōu) 化各干擾的前饋控制算法，如跟蹤的入口厚度值通過跟蹤的出口厚度值進行精確比較，可 以修正前饋和秒流量的控制算法，、可以更加精確地控制軋輥的輥縫值等。同時對模糊的干 擾分量導致的出后厚度偏差和系統(tǒng)偏差可通過反饋調(diào)節(jié)進一步優(yōu)化反饋控制的效果。
權(quán)利要求
一種軋機AGC控制系統(tǒng)，其特征在于它包括前饋控制、反饋控制、秒流量控制裝置和液壓執(zhí)行裝置，前三種控制調(diào)節(jié)裝置均與液壓執(zhí)行裝置保持通信，在軋機入口設置有入口測厚儀、入口激光測速儀，在軋機出口設置有出口測厚儀、出口激光測速儀，入口測厚儀、入口激光測速儀、出口激光測速儀的檢測信號傳至秒流量控制裝置，入口測厚儀、入口激光測速儀的信號傳至前饋控制裝置，出口測厚儀、出口激光測速儀的信號傳至反饋控制裝置，液壓執(zhí)行裝置包括液壓壓下伺服閥和液壓壓下缸，液壓壓下伺服閥的控制信號傳送至液壓壓下缸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的控制系統(tǒng)，其特征在于本系統(tǒng)還包括快速數(shù)字量10、快速模擬量10、相對增量編碼器和絕對增量編碼器，液壓執(zhí)行裝置設有電磁閥控制及其狀態(tài)檢測 裝置、伺服閥控制及其位移檢測裝置、軋制力檢測裝置；電磁閥控制及其狀態(tài)檢測裝置、伺 服閥控制及其位移檢測裝置、軋制力檢測裝置、入口測厚儀、入口激光測速儀、出口測厚儀、 出口激光測速儀的現(xiàn)場輸入輸出信號均通過快速數(shù)字量10、快速模擬量10、相對增量編碼 器和絕對增量編碼器進行存取，并與VME總線通信。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于前饋、反饋控制裝置均包含乘法 器，秒流量控制裝置和液壓執(zhí)行裝置均包含PID調(diào)節(jié)器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于本控制系統(tǒng)基于VME總線，本 系統(tǒng)的各控制裝置采用ALSTOM的HPCi、 GE的INNOVATION、 SIEMENS的TDC或Motorola的 MVME。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于快速數(shù)字量10、快速模擬 量10、相對增量編碼器和絕對增量編碼器采用ALST0M的VME FASTI/0、 North Atlantic Industries的64C2多功能I/O模板、GE的VME系列模板或SIEMENS的SM500。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于入口測厚儀和出口測厚儀采用 IMS的X射線厚度儀、東芝的Y射線測厚儀或德國Fischer的X射線厚度儀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l或2所述的控制系統(tǒng)，其特征在于液壓壓下伺服閥采用德國 Rexroth伺服閥或M00G伺服閥，液壓壓下缸采用不銹鋼液壓缸體。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種軋機AGC控制系統(tǒng)，它包括前饋控制、反饋控制、秒流量控制裝置和液壓執(zhí)行裝置，前三種控制調(diào)節(jié)裝置均與液壓執(zhí)行裝置保持通信。在軋機入口設置有入口測厚儀、入口激光測速儀，在軋機出口設置有出口測厚儀、出口激光測速儀。入口測厚儀、入口激光測速儀、出口激光測速儀的檢測信號傳至秒流量控制裝置，入口測厚儀、入口激光測速儀的信號傳至前饋控制裝置，出口測厚儀、出口激光測速儀的信號傳至反饋控制裝置。本發(fā)明結(jié)合軋機AGC前饋、秒流量、反饋控制裝置，提供一套高精確的入口和出口信號的數(shù)據(jù)跟蹤解決方案，從而達到精確控制軋機出口帶鋼厚度的目的。
文檔編號B21B37/18GK101716606SQ200910261868
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者盧家斌, 張紹新, 李四川, 王勝勇 申請人:中冶南方(武漢)自動化有限公司