工作辊弯辊饱和状态下的冷轧板形动态替代控制策略研究

The work roll bending control has a strong ability to eliminate the symmetrical flatness defects of strip during the cold rolling processes. However, if the strip is coming with severe symmetrical flatness defects, it happens that the work roll bending is prone to be saturated during the execution of the displacement, resulting in the residual symmetrical flatness defects without further elimination. On the basis of the synthesis of the flatness control, the investigations are conducted as following: 1) The work roll bending, intermediate roll bending as well as intermediate roll shifting can be utilized to eliminate the symmetrical flatness defects of strip.So the common effect on strip flatness of them is revealed by the comparative study of their efficiencies for flatness control. 2) The dynamic characteristics of substituting actuators, as well as the effect on roll stack deformation, roll wear and tension distribution in width are studied, for the purpose of the establishment of the specific substitution control scheme. 3) The optimal substitution control algorithm is developed to determine the redistribution percent of the adjustments calculated by flatness feedback control system for the substituting actuators. The characteristics of the project is that the idea of actuator efficiency and the dynamic substitution mechanism are introduced into the study of flatness control at the time of work roll bending is in saturation status. The theory reference for the generation of new ideas for flatness control as well as the improvement of strip flatness is provided by the study.

对于一般的对称性板形缺陷，工作辊弯辊具有良好的控制效果。然而，当带材出现较大的对称性板形缺陷时，就会出现板形缺陷还没完全被消除，工作辊弯辊就达到了调节饱和的状况，导致带材的一部分对称性板形缺陷进入控制死区。在总结分析板形控制研究现状的基础上，本项目拟开展以下研究：1)对比研究对板形具有对称性影响的工作辊弯辊、中间辊弯辊及中间辊横移的板形调控功效，揭示它们在带材宽度方向上对板形的共性影响规律；2)研究替代调节机构的动态特性及其对辊系变形、轧辊磨损和轧制张力分布的影响规律，制定工作辊弯辊饱和时的板形替代调节策略；3)建立最优替代调节量计算模型，在板形闭环调节量计算的基础上计算替代调节机构的二次调节量。研究的特色在于以板形调控功效为研究思路，将调节机构的动态替代机制引入到工作辊弯辊饱和后的板形控制研究中。通过解决上述问题，希望为板形控制新思想的产生和冷轧板形控制精度的提高带来一定的理论参照。

随着环境的恶化和能源危机的日益加剧，汽车、家电、包装等工业行业用钢不断向高强度和轻量化的方向发展，以期实现节能减排。这些行业对冷轧带钢需求不断增加的同时，对其板形质量也提出了越来越高的要求。在板形控制中，工作辊弯辊对一般的对称性板形缺陷可以起到良好的控制效果。然而，当来料带材或者在线轧制带材出现较大的对称性板形缺陷时，就会出现对称性板形缺陷还没完全被消除，工作辊弯辊就在某一轧制区间内出现调节饱和的状况。. 本项目针对冷轧板形控制过程中出现的工作辊弯辊输出饱和问题进行了深入研究。通过建立各个板形调节机构的调控功效自学习模型，分析了各个板形调解机构对带材板形的影响规律，确定了用于实现工作辊弯辊输出饱和状态下的替代控制调节机构。为了避免中间辊在线横移作为替代调节机构动作时对辊系磨损产生的影响，通过理论计算结合实际状况，建立了中间辊在线横移阻力及横移速度模型。在此基础上，制定了工作辊弯辊饱和状态下的动态替代调节策略。在替代调节机构参与板形闭环控制的动态特性研究方面，深入研究了板形测量滞后对控制系统稳定性产生的影响规律，将Smith预估控制的思想引入板形控制系统中，采用高速PID和低速Smith预估+PID相结合的控制模式，显著改善了控制系统的稳定性和轧制速度起伏阶段的板形控制精度。为了精确求解替代控制模式下的最优替代调节量，设计了非求导方式的多变量全局最优化计算方法完成替代调节机构的调节量计算。设计的算法采用方向加速与动态最优步长相结合的搜索模式，加快了寻优进程并减少了目标函数值计算次数，可以在相同的终止准则下取得更高的计算精度和计算效率，该研究成果也为工业控制领域的其它优化问题提供了一定的理论依据。. 本项目部分研究成果已应用于某1450mm五机架冷连轧机的板形控制过程中，应用效果表明项目研究成果可以用于提高现有冷轧机组的板形控制水平，有助于企业开发生产高品质的冷轧带材产品，并为板形控制技术的深入研究提供理论和实践参照。