热扎卷取机张力控制方法的研究进展.pdfVIP

中国电机工程学会第十届青年学术会议 ·吉林 热扎卷取机张力控制方法的研究进展 张强 田庆生 王建国 （东北电力大学 吉林 吉林 132012） 摘要：在热轧钢生产中，卷取机能否正常工作以及卷取效果的好坏直接关系到轧钢的生产和产品的质量。而卷取系统 控制的核心部分是张力控制。本文主要概述了 QFT、模糊控制、TAPER 三种张力控制模型与方法，以保证卷取机在恒张力 下进行工作。 关键词：张力控制；QFT；模糊控制；TAPER 1 引 言 现代热轧带钢的生产大多采用连续化成卷生产，带钢的卷取是热连轧工艺中的最后一道工序，由卷 取机来完成。卷取机是热轧主轧线上必不可少的重要设备。卷取系统的任务是把精轧后的带钢卷成钢卷， 并把钢卷运送到下一工序。卷取机的工作状态直接影响着轧机生产能力的发挥，卷取系统工作性能的好 坏将直接影响到成品带钢的最终质量和生产利润，并会对下一道工序产生影响[1]。因此，对卷取设备及 其控制系统的研究一直受到人们的重视。 卷取系统控制的核心部分是张力控制[2]。为了使带钢在卷取过程中保持良好的卷型，必须在卷取过程 中保持张力的恒定控制。但是由于卷取机控制系统结构复杂，具有较高的非线性、时变性、不确定性和滞 后性[3]。因此，传统的PID控制算法应用于卷取张力控制系统时往往无法得到理想的控制效果。本文针对卷 取机控制性能的提高问题进行了研究，对主流的三种恒张力控制方法进行了对比和分析。 2 典型恒张力控制方法 2.1 基于QFT（定量反馈理论）的卷取机张力控制系统设计 定量反馈理论(QFT)属于一种鲁棒控制设计方法，它是针对当对象具有不确定性和存在干扰的情况下， 如何利用反馈信息设计出满足一定要求的控制系统这一问题而提出来的[4]。对象的不确定性包含参数不确 定性和结构不确定性，干扰包括系统输入输出干扰及传感器噪声干扰等[5]。将对象的不确定范围和系统的 性能指标用定量的方式在Nichols图上形成边界，进而以基准对象的开环频率曲线满足边界条件为要求在 图上对系统进行设计与整合[6]。 由于张力控制是一个高度非线性而且参数不确定的非线性系统，传统的PID控制方法将此系统看成是 线性时不变系统处理，这种方法使得它无法达到满意的控制效果，基于定量反馈理论(QFT)的控制方法， 为解决此问题提供了一个较完美的方法[7]。 图 1 QFT控制系统结构图 QFT的一般设计结构图如图1所示，图中P(s)是不确定的被控对象，C(s)和F(s)为所要求设计的控制器 和前置滤波器，d1和d2为外部干扰输入，r，y为输入输出。 由于卷取机工作过程中卷径D是不断变化的，直接测量难以实现，本文采用的是间接测量法。由式 可知只要测出板材线速度 和卷取机速度n 即可间接得到卷径值 ，这一间接检测卷径的方法 D 60V /( n) V D 是由卷径记忆单元实现的。由以上的推导就可得到卷取机间接张力控制的模型框图2。 - 2018 - 中国电机工程学会第十届青年学术会议 ·吉林 图 2 卷取机间接张力系统控制框图 由上节的模型推导可以看出，卷取张力控制系统的模型参数随着不同的张力设定、带材截面积特别是 轧制速度以及压下率的不同而变化，由实际生产可知，有时变化范围可达到300%[8]，同时，卷径的测量是 根据实测