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| ［摘 要］以萊蕪鋼鐵公司1500mm熱連軋機層流冷卻系統(tǒng)為對象，對如何提高帶鋼卷取溫度控制質(zhì)量進行了研究。在基于非線性函數(shù)分段線性化的預(yù)設(shè)定模型的基礎(chǔ)上，加入了如下措施來改善控制質(zhì)量：考慮模型中所用變量的波動，對預(yù)設(shè)定模型進行實時動態(tài)補償；考慮模型中沒有涉及到的因素及慢時變參數(shù)對卷取溫度的影響，對帶鋼頭部進行自學(xué)習(xí)。運行結(jié)果證明所采用的這些措施大大提高了控溫精度，能夠很好地滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。 ［關(guān)鍵詞］層流冷卻；卷取溫度；動態(tài)修正；濾波處理 萊蕪鋼鐵公司1500mm帶鋼熱連軋機生產(chǎn)線是由國內(nèi)自己設(shè)計、安裝和調(diào)試的寬帶鋼熱連軋生產(chǎn)線。北京科技大學(xué)軋制國家工程研究中心為該項目的三電技術(shù)總負責(zé)方。系統(tǒng)已于2005年6月29日全線貫通，到目前為止，軋制產(chǎn)品的尺寸精度及力學(xué)性能指標等均已滿足產(chǎn)品質(zhì)量的要求。本文將介紹該系統(tǒng)在提高卷取溫度控制質(zhì)量方面所做的探索。 1 層流冷卻主要設(shè)備及控制要求 層流冷卻區(qū)的控制目標是把終軋溫度為850～950℃的鋼板按一定冷卻制度迅速冷卻到550～650℃的卷取溫度，控制精度要求為±20℃。 2 卷取溫度控制的預(yù)設(shè)定模型 卷取溫度控制的預(yù)設(shè)定模型是根據(jù)模型所需的邊界條件（終軋溫度、厚度、速度、卷取溫度、冷卻水溫等）的設(shè)定值信息，自動選用冷卻工藝數(shù)據(jù)，如冷卻方式和噴水模式等，計算要達到目標卷取溫度所需的噴水閥門個數(shù)和起始閥門位置及噴水集管開啟和關(guān)閉的組合，并進行zui大冷卻能力校驗，zui后把設(shè)定值傳遞給基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)做準備。 層流冷卻系統(tǒng)本身是—個大滯后、多變量、強耦合、強非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，難以建立的數(shù)學(xué)模型，故控制系統(tǒng)的預(yù)設(shè)定模型采用基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計模型，即按照不同材質(zhì)、不同厚度規(guī)格的帶鋼分別進行統(tǒng)計，獲得一組對應(yīng)情況下的參數(shù)的*值作為模型，若生產(chǎn)的帶鋼厚度不在統(tǒng)計的列表中，則按插值法來求取對應(yīng)的參數(shù)。模型如下： 3 預(yù)設(shè)定模型的補償 3.1 前饋補償 預(yù)設(shè)定模型給出的是在設(shè)定值條件下的閥門開閉組合，但是帶鋼進入層流冷卻區(qū)時的實際溫度、厚度、速度是實時變化的，因此為了消除帶鋼自身邊界條件與其設(shè)定值的偏差對卷取溫度的影響，需要對預(yù)設(shè)定模型進行前饋補償。其補償方法為：帶鋼出精軋末機架獲得實測邊界條件后，結(jié)合對帶鋼樣本段的微跟蹤信號對預(yù)設(shè)定模型進行修正，即沿帶鋼長度方向分段控制，消除邊界條件的波動對控制結(jié)果的影響。公式如下： 3.2 反饋補償 預(yù)設(shè)定模型及前饋模型只是給出了要把帶鋼冷卻到目標卷取溫度理論上應(yīng)該打開的閥門個數(shù)，而不能保證帶鋼實際上一定會達到目標卷取溫度，同時，冷卻過程中也存在不可控的隨機干擾量[2]，為了把帶鋼全長的實測溫度都控制在要求的精度范圍內(nèi)，需要根據(jù)層流冷卻區(qū)出口處的高溫計的實測值進行反饋補償。其補償方法為：當帶鋼到達卷取測溫儀，獲得實測卷取溫度并且頭部自學(xué)習(xí)完成之后，根據(jù)其與設(shè)定值的偏差，反饋回一個控制信號，相應(yīng)地調(diào)節(jié)精調(diào)區(qū)噴水集管的開閉狀態(tài)。 由于粗軋采用的是可逆軋制，在道次轉(zhuǎn)換時 會導(dǎo)致與輥道接觸部分的帶鋼溫降過大，帶鋼經(jīng)精軋及層流冷卻區(qū)冷卻后由于溫度降低，會顯現(xiàn)出明顯的周期性水印，尤其是軋制薄規(guī)格帶鋼時，水印更為明顯，為了避免水印引起卷取溫度反饋控制的震蕩，對實測的卷取溫度進行濾波處理，即對檢測到的zui近n個數(shù)據(jù)取平均值，之后再用于反饋控制。 考慮到卷取溫度控制系統(tǒng)的大滯后性，為了削弱反饋控制作用太強引起的卷取溫度的振蕩，反饋控制采用仿人智能PI控制算法，即大偏差寸，為了防止積分飽和，采用純P調(diào)節(jié)，且比例系數(shù)取得相對較大，使其迅速趨近目標值；小偏差時，為了實現(xiàn)無差控制，采用PI調(diào)節(jié)，且比例系數(shù)取得相對較。 4 預(yù)設(shè)定模型的修正 預(yù)設(shè)定模型只是考慮了影響卷取溫度的zui主要因素，還有其他一些不可控。不可測或難以測量的因素沒有涉及到，如冷卻水的水壓波動、粗冷區(qū)或精冷區(qū)不同組集管之間的冷卻能力差異等，導(dǎo)致模型的控制效果不太穩(wěn)定、為了使系統(tǒng)具有自適應(yīng)功能，采取對帶鋼頭部進行自學(xué)習(xí)的方法來進行修正。修正的方法為：每軋一卷帶鋼時，先從自學(xué)習(xí)庫中調(diào)出對應(yīng)于此卷鋼厚度的長期自學(xué)習(xí)值，作為頂設(shè)定的一部分；在帶鋼頭部到達卷取測溫儀且反饋控制沒有投入前，根據(jù)獲得的實測數(shù)據(jù)，產(chǎn)生新的對應(yīng)于此厚度帶鋼的短期自學(xué)習(xí)值，并進行可信度分析；之后再將其應(yīng)用于此卷鋼的軋制。在軋制結(jié)束后，在考慮遺傳效應(yīng)的基礎(chǔ)上、修正對應(yīng)于此厚度規(guī)格的帶鋼的長期自學(xué)習(xí)值。 長期自學(xué)習(xí)值： 5 應(yīng)用效果及結(jié)論 在本系統(tǒng)調(diào)試過程中，筆者對各種調(diào)試方案的運行結(jié)果進行了記錄與比較，圖3中（a）是厚度規(guī)格為7.75mm的帶鋼在沒有加入任何補償及修正時的卷取溫度控制曲線，（b）為加入本文所提出的改善措施后的運行結(jié)果。它們的控溫目標都是650℃。 溫度控制曲線的分項統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：實測溫度與目標溫度相差±5℃以內(nèi)的占帶鋼全長的39.1％，相差±10℃以內(nèi)的占帶鋼全長的57.3%，相差±20℃以內(nèi)的占帶鋼全長的90.9%，相差±20℃以上的占帶鋼全長的9.1%。圖3（b）中溫度控制曲線的分項統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：實測溫度與目標溫度相差±5℃以內(nèi)的占帶鋼全長的72.4％，相差±10℃以內(nèi)的占帶鋼全長的98.3％，全長的100％都被控制在±20℃以內(nèi)。 通過現(xiàn)場調(diào)試及對相關(guān)文獻的學(xué)習(xí)得出如下土要結(jié)論： （1）系統(tǒng)的控制精度取決于統(tǒng)計模型的精度，統(tǒng)計模型對帶鋼厚度的分類越細，控制 的精度就越高。 （2）前饋補償可提前消除邊界條件波動的影響，反饋補償可對控制結(jié)果進行監(jiān)控。 （3）對帶鋼頭部進行自學(xué)習(xí)可不斷優(yōu)化統(tǒng)計模型。 |
關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)溫度控制系統(tǒng)
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SAMPE中國第二十屆國際先進復(fù)合材料展覽會
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