冷連軋機(jī)張力控制

―、冷連軋機(jī)的工作原理四機(jī)架冷連軋機(jī)的機(jī)械組成是由開(kāi)卷機(jī)、四個(gè)連軋機(jī)架、卷取機(jī)等組成。1.開(kāi)卷瓠A5?第一至第四機(jī)舉匚卷取機(jī)7-lL^力傳罷磊（張力計(jì)）12.亀浣竹■水洗圖2-1四機(jī)架冷連軋機(jī)機(jī)械組成圖軋鋼的軋制分穿帶、建張、正常軋制和出鋼四個(gè)階段。帶鋼經(jīng)過(guò)開(kāi)卷機(jī)后經(jīng)酸洗、水洗到達(dá)第一機(jī)架，第一機(jī)架軋輥的帶動(dòng)電機(jī)通過(guò)電動(dòng)使帶鋼穿過(guò)，依此法使帶鋼穿過(guò)二、三、四機(jī)架到卷取機(jī)，卷取機(jī)咬住帶鋼后，穿帶結(jié)束。在張力閉環(huán)控制投入之前，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)卷機(jī)、四個(gè)機(jī)架軋輥及卷取機(jī)的速度來(lái)建立各機(jī)架間及開(kāi)卷機(jī)與第一機(jī)架間第四機(jī)架與卷取機(jī)間的張力建張結(jié)束后,在不進(jìn)行張力閉環(huán)控制情況下，靠各機(jī)架速度的搭配給定進(jìn)行軋制。當(dāng)張力達(dá)到設(shè)定張力的100%時(shí)，張力閉環(huán)控制投入運(yùn)行，進(jìn)入正常張力軋制階段。張力是聯(lián)系各個(gè)機(jī)架參數(shù)的橋梁和紐帶,在較大的張力條件下進(jìn)行軋制是帶鋼冷連軋生產(chǎn)的一個(gè)重要特點(diǎn)，這就要求張力的控制要合理，而張力控制系統(tǒng)是—個(gè)在高實(shí)時(shí)性要求下的變參數(shù)系統(tǒng),所以對(duì)它進(jìn)行實(shí)時(shí)快速的控制就顯得非常必要了。軋機(jī)張力的產(chǎn)生與測(cè)量張力是連軋過(guò)程的一個(gè)重要現(xiàn)象，各機(jī)架通過(guò)帶鋼張力傳遞影響，傳遞能量而相互發(fā)生聯(lián)系，張力是由于機(jī)架間速度不協(xié)調(diào)而造成的，以兩個(gè)機(jī)架為例，由于某種原因（外擾量或調(diào)節(jié)量變動(dòng)時(shí)）而使1#軋機(jī)帶鋼出□速度減小可以是軋輥速度減小，也可能由于壓下率等其他工藝參數(shù)變動(dòng)，造成前滑量減小）或使2#軋機(jī)帶鋼入□速度加大原因也可以是軋輥速度變大或后滑量減?。?，結(jié)果使1#~2#機(jī)架間的帶鋼產(chǎn)生拉拽，從而產(chǎn)生張力。張力問(wèn)題是連軋中的核心問(wèn)題，大張力軋制是帶鋼冷連軋生產(chǎn)的一個(gè)重要特點(diǎn)，合理的張力制度，可以保證軋制過(guò)程穩(wěn)定而且對(duì)成品帶鋼質(zhì)量及帶卷質(zhì)量的控制有著重要的影響。張力在軋制過(guò)程中的主要作用有如下幾點(diǎn)：（1防止軋件跑偏防止軋件跑偏是保證冷連軋能否正常軋制的一個(gè)重要問(wèn)題。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，軋件跑偏將破壞正常板形，引起操作事故甚至設(shè)備事故，特別是在開(kāi)坯時(shí)，需耗費(fèi)很多時(shí)間，甚至采用停機(jī)、抬輥等辦法來(lái)糾正，直接影響生產(chǎn)效率，因此，在軋制過(guò)程中必須盡量地防止軋件跑偏現(xiàn)象的發(fā)生。（2自動(dòng)調(diào)節(jié)作用在軋制過(guò)程中，如果機(jī)架間的速度存在偏差，平衡狀態(tài)將遭到破壞，機(jī)架間便會(huì)出現(xiàn)帶鋼張力，并且會(huì)按照動(dòng)態(tài)方程所描述的規(guī)律逐漸增加，當(dāng)機(jī)架間的速差為零時(shí)，機(jī)架間的帶鋼張力保持恒定不變，由此可見(jiàn)，張力在一定的范圍內(nèi)具有自動(dòng)調(diào)節(jié)的作用，從而使軋制過(guò)程恢復(fù)到新的平衡狀態(tài)。使所軋帶鋼板形平直冷連軋帶鋼的板形不良，其主要原因就是沿帶鋼寬度方向上各個(gè)點(diǎn)的張力分布不均，軋件中的殘余應(yīng)力超過(guò)了穩(wěn)定時(shí)所允許的壓應(yīng)力而造成的，如果在軋制過(guò)程中給軋件施加一定的單位張8力，從而使板、帶鋼沿寬度方向上的壓應(yīng)力不致超過(guò)所允許的壓應(yīng)力，便可以獲得具有較好板形的帶鋼產(chǎn)品。可提高產(chǎn)量由于張力的作用，降低了軋制時(shí)的壓力(可減25%左右)，減少了軋輥的彈性彎曲和壓扁，從而減輕了設(shè)備和電機(jī)的負(fù)荷，有利于增大機(jī)架的壓下量，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)，還可增加軋制速度，從而大大提高了產(chǎn)量。降低軋制壓力和變形功大量實(shí)驗(yàn)表明，采用張力軋制時(shí)，張力不僅可以使水平方向的壓應(yīng)力減小，而且也能使垂直方向的壓應(yīng)力降低，故能使軋制壓力變小，金屬變形時(shí)所需要的功耗自然也就變小了。⑹作為精調(diào)帶鋼厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)的手段在軋制的過(guò)程中，由于某一工藝參數(shù)的波動(dòng)，使相鄰兩機(jī)架間存在帶速偏差，產(chǎn)生帶鋼張力。當(dāng)張力增大時(shí)，軋件塑性曲線的斜率將會(huì)減小，從而使帶鋼軋出的厚度變薄。(7)張力起著機(jī)架間能量的傳遞作用在冷連軋生產(chǎn)中，軋件在某一瞬間同時(shí)位于兩個(gè)以上順序布置的軋件上進(jìn)行軋制，通過(guò)帶鋼的張力將整個(gè)機(jī)組連成一個(gè)整體，亦即張力在機(jī)架間起著傳遞能量的作用。二、張力控制直接張力控制是一種最直接、最有效的控制方式之一，直接張力控制方式中，設(shè)置有張力檢測(cè)元件、張力輥和張力控制環(huán)，利用張力檢測(cè)元件的檢測(cè)信號(hào)與給定張力值比較，經(jīng)張力控制環(huán)后去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，控制張力輥的位置，達(dá)到控制張力的目的。這種張力控制方式優(yōu)點(diǎn)是張力控制精度高，從理論上可以實(shí)現(xiàn)零誤差控制;缺點(diǎn)是控制精度依賴于張力檢測(cè)元件的精度，如果現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境比較惡劣如酸霧對(duì)檢測(cè)元件的腐蝕，就可能導(dǎo)致張力控制失效。間接張力控制系統(tǒng)中沒(méi)有張力檢測(cè)元件，對(duì)張力的控制是通過(guò)對(duì)卷取機(jī)構(gòu)的物理方程進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)分析，從中找出影響張力的所有電氣物理量，對(duì)這些物理量進(jìn)行控制，從而達(dá)到恒張力控制的目的。根據(jù)不同的物理量采用不同的方法，一般有電流反饋、電樞反電勢(shì)反饋、卷徑反饋等。由于間接張力控制涉及多個(gè)參數(shù)的控制，一般需采用多閉環(huán)的控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種恒張力控制方式的優(yōu)點(diǎn)是減少了張力輥及相應(yīng)的檢測(cè)元件，降低了系統(tǒng)成本;缺點(diǎn)是控制方式更為復(fù)雜，與直接張力控制方式相比控制精度較低，并且完全依賴于控制器的精度。復(fù)合恒張力控制方式是在間接張力控制方式的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)張力閉環(huán)，形成一個(gè)三環(huán)控制系統(tǒng)。該控制方式優(yōu)點(diǎn)是不僅具有直接張力控制的高精度，還具有間接張力控制方式的快速性能和跟隨性能;缺點(diǎn)是投資成本大，控制方式更為復(fù)雜。在實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的是間接張力控制方式，其控制精度完全取決于控制器。傳統(tǒng)的張力控制主要采用常規(guī)的PID控制，PID控制是基于偏差的比例、積分和微分的集成式控制方法，具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、魯棒性強(qiáng)和適用面廣，可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)態(tài)特性等優(yōu)點(diǎn)，只要正確的設(shè)定其參數(shù)便可以實(shí)現(xiàn)其控制作用，因而被廣泛的作為控制器應(yīng)用于張力控制系統(tǒng)中。由于在常規(guī)PID控制很難獲得滿意的控制效果，隨著人們對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，人們也在不斷的尋找新的控制方法。文獻(xiàn)［劉建昌，錢曉龍，陳宏志.冷連軋機(jī)張力自動(dòng)控制系統(tǒng)［J］,鋼鐵，2002,37(12)：36-39.］設(shè)計(jì)了具有限幅環(huán)節(jié)的PI控制器；文獻(xiàn)［張進(jìn)之，鄭學(xué)鋒，薛棟.冷連軋張力的最優(yōu)和互不相關(guān)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)［J］,鋼鐵研究總院學(xué)報(bào)，1996,(6)：384—388.］設(shè)計(jì)了最優(yōu)控制器；文獻(xiàn)［Y.Kadoya,T.Ooi,Y.Washikita.StripGageandTensionControlatColdTandemMillBasedonI.L.Q.DesignTheory.IEEEConferenceonControlApplications-proceedings,1999,(l):23-28］將逆線性二次型理論應(yīng)用于冷連軋張力控制系統(tǒng)；有人提出了自適應(yīng)PID控制的方法。把神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)知處理能力和模糊控制的技能處理能力融合起來(lái)，構(gòu)建模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)PID控制器，充分發(fā)揮兩者的優(yōu)點(diǎn)，是解決參數(shù)時(shí)變的張力控制系統(tǒng)的有力工具。在這方面國(guó)內(nèi)外也有不少的研究報(bào)道，文獻(xiàn)［張智密，王京，安世奇?一種簡(jiǎn)單自適應(yīng)算法在五機(jī)架冷連軋機(jī)張力控制系統(tǒng)中的應(yīng)用.電氣傳動(dòng),2006,36(9):32-35］無(wú)論從仿真和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，與常規(guī)PI控制器相比，這種改進(jìn)的離散時(shí)間簡(jiǎn)單自適應(yīng)控制，顯著提高了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能，系統(tǒng)輸出能夠很好地跟蹤參考模型的輸出，具有一定的抗干擾性，魯棒性較好。文獻(xiàn)［陳巍，竇春霞,孫薊泉?用FCGA優(yōu)化的四輥冷軋機(jī)恒張力模糊控制系統(tǒng).機(jī)械工程與自動(dòng)化.2005,130(3):8-11］針對(duì)四輥冷軋機(jī)張力系統(tǒng)，對(duì)電流電壓環(huán)設(shè)計(jì)了一維模糊控制器，速度環(huán)和張力環(huán)設(shè)了二維模糊控制器，并且利用遺傳算法優(yōu)化了張力模糊控制器的參數(shù)；文獻(xiàn)［趙俊，陳建軍.一種不確定對(duì)象的自適應(yīng)智能PID控制系統(tǒng)術(shù).儀器儀表學(xué)報(bào).2008,29(6):1193-1197.］將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與PID神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，提出了一種新型智能PID控制器，其參數(shù)采用混沌策略與離子群算法結(jié)合的混沌離子群離線優(yōu)化和誤差反傳相結(jié)合的方法獲取。文獻(xiàn)［方一鳴，陸金波,劉仙等.冷連軋機(jī)張力系統(tǒng)的混合靈敏度魯棒控制器的設(shè)計(jì).系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2004,16(8):1812-1815；李國(guó)友.冷連軋機(jī)張力控制系統(tǒng)魯棒控制器設(shè)計(jì)?重型機(jī)械,2004,3:11-14］對(duì)張力控制系統(tǒng)進(jìn)行了魯棒控制研究。方一鳴利用H?混合靈敏度魯棒控制方法設(shè)計(jì)了其張力魯棒控制器，仿真研究結(jié)果與常規(guī)PI控制效果的比較表明，所設(shè)計(jì)的張力魯棒控制器對(duì)前后滑和外界干擾等不確定性具有更好的抑制作用，從而證明了所設(shè)計(jì)控制器的有效性。李國(guó)友針對(duì)五機(jī)架冷連軋機(jī)利用He狀態(tài)反饋控制方法設(shè)計(jì)了其張力魯棒控制器。仿真研究結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的張力魯棒控制器對(duì)前后滑和外界干擾等不確定性具有更好的抑制作用，從而驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制器的有效性。論文［1450冷軋機(jī)張力控制系統(tǒng)建模與預(yù)測(cè)函數(shù)控制研究］張力控制系統(tǒng)進(jìn)行了常規(guī)PID控制的仿真研究，針對(duì)常規(guī)PID控制存在的不足，應(yīng)用了張力控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)函數(shù)控制方案，并對(duì)其進(jìn)行了仿真研究，從仿真結(jié)果可以看出這種控制方案的優(yōu)越性，解決了常規(guī)PID控制中因?qū)ο髤?shù)變化而無(wú)法保證張力始終處在一個(gè)比較好的控制狀態(tài)的問(wèn)題。論文［冷連軋張力神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)的研究］在分析冷連軋機(jī)張力控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了張力形成環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型，提出了張力的總體預(yù)測(cè)控制方案，研究了廣義預(yù)測(cè)控制理論及其設(shè)計(jì)方法，并針對(duì)廣義預(yù)測(cè)控制在冷連軋張力控制系統(tǒng)中受到的實(shí)時(shí)性限制，推導(dǎo)出一種廣義預(yù)測(cè)控制快速算法，給出Diphantine方程的求解公式及其詳細(xì)的證明過(guò)程，該算法避免了Diophantine方程的在線遞推求解，減小了預(yù)鋇經(jīng)控制算法的部分計(jì)算量，仿真表明了該算法的有效性。研究中發(fā)現(xiàn)還存在著一些