CN201632488U - 一种轧机agc控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种轧机AGC控制系统，它包括前馈控制、反馈控制、秒流量控制装置和液压执行装置，前三种控制调节装置均与液压执行装置保持通信。在轧机入口设置有入口测厚仪、入口激光测速仪，在轧机出口设置有出口测厚仪、出口激光测速仪。入口测厚仪、入口激光测速仪、出口激光测速仪的检测信号传至秒流量控制装置，入口测厚仪、入口激光测速仪的信号传至前馈控制装置，出口测厚仪、出口激光测速仪的信号传至反馈控制装置。本实用新型结合轧机AGC前馈、秒流量、反馈控制装置，提供一套高精确的入口和出口信号的数据跟踪解决方案，从而达到精确控制轧机出口带钢厚度的目的。

Description

一种轧机AGC控制系统

技术领域

本实用新型涉及电气自动控制领域，特别是涉及一种轧机AGC控制系统。

背景技术

轧机AGC(Automatic Gauge Control，厚度自动控制)是指在热轧或冷轧处理过程中，为了控制轧机的出口厚度在设定的允许范围之内，而采取的辊缝自动控制的方法。因此轧机AGC根据工艺可分为热轧轧机AGC控制和冷轧轧机AGC控制。轧机AGC控制包括前馈，反馈和秒流量控制方式，还有效率、油膜、偏心等补偿控制。

其中AGC前馈控制是根据入口带钢厚度变化(干扰量)调节轧机的辊缝值来消除该干扰量对出口厚度的影响，该控制可实时、有效地消除入口厚度的变化对出口厚度的影响。前馈控制的精确度依赖于入口厚度测量值跟踪到轧机辊缝位置的精度和处理器计算、执行控制的精度，因此要提高前馈控制的精度，精确的跟踪技术必不可少。

秒流量控制是根据轧机入口、出口的速度和入口厚度计算出出口厚度，然后根据计算的出口厚度与实际设定出口厚度比较来控制轧机辊缝大小的方法。由于轧机入口、出口速度是可以实时测量的，所以带钢出口厚度计算值是否准确主要依赖于跟踪到轧机辊缝位置的入口厚度实际值，故入口带钢厚度的精确位置跟踪，可以有效提高秒流量控制的可靠性和精确度。

轧机AGC反馈控制是根据对出口厚度计测量的出口厚度与实际设定出口厚度值的偏差的变化情况来控制轧机辊缝值大小的一种方法。轧机AGC反馈控制具有时间滞后的特点，依靠反馈AGC是不能完全消除出口带钢厚度偏差的。但通过精确跟踪轧机咬合位置的材料特性、输入参考和测量值、实际执行输出的参考和实际值到出口厚度测量位置，可以消除监视AGC过程中因位置不一致导致的估值误差，从而可以精确对前馈和秒流量控制算法进行优化和有效可靠地进行反馈AGC控制；

效率补偿是包括加减速补偿和摩擦补偿，由于加减速导致轧机前后的张力变化，导致材料的特性变化，因此在相同的辊缝和轧制力控制条件下的输出厚度也随之变化。摩擦补偿是指在不同带钢表面、不同速度和轧制力条件下的静摩擦力不同，该摩擦力对出口带钢厚度也有影响；效率补偿就是通过对实际速度、张力、摩擦系数分布和当前轧制力的情况进行分析，并根据反馈的厚度的变化情况，通过对辊缝预设定和反馈控制的办法进行修正，从而克服加减速和摩擦力对轧机出口厚度的影响。

油膜补偿是针对油膜轴承的轧机，由于轴承特别是支承辊轴承上有一层油膜，该油膜导致轧机辊缝发生变化。油膜厚度随着运转速度和轧制力大小而改变，因此油膜是速度和轧制力的函数，通过对辊缝预设定和反馈控制的办法进行控制，从而克服油膜厚度对轧机出口厚度的影响；

偏心补偿是指由于轧辊，特别是支承辊的表面硬度不一致或出现偏心，导致轧机辊缝随旋转成周期性变化，通过检测轧辊偏心的情况，通过变换修正辊缝的设定值，及反馈修正的办法，克服轧辊偏心对轧机出口厚度的影响。

发明内容

本实用新型所解决的问题是：提供一种轧机AGC控制系统，本系统结合轧机AGC前馈、秒流量、反馈的控制方式，能达到精确控制轧机出口带钢厚度的目的。

本实用新型为达到以上目的，采用以下技术方案：一种轧机AGC控制系统包括前馈控制、反馈控制、秒流量控制调节装置和液压执行装置，前三种控制调节装置均与液压执行装置保持通信。在轧机入口设置有入口测厚仪、入口激光测速仪，在轧机出口设置有出口测厚仪、出口激光测速仪。入口测厚仪、入口激光测速仪、出口激光测速仪的检测信号传至秒流量控制装置，入口测厚仪、入口激光测速仪的信号还传至前馈控制装置，出口测厚仪、出口激光测速仪的信号还传至反馈控制装置，液压执行装置包括液压压下伺服阀和液压压下缸，液压压下伺服阀的控制信号传送至液压压下缸。

本实用新型主要具有以下有益效果：

(1)通过选择基于VME总线的高性能控制器进行控制，提高控制系统的快速响应性，其最快响应速度达0.1ms，一般采样、跟踪、处理和执行相应时间可达1ms；这从处理器速度上满足了高精度压下AGC控制的目的；

(2)由于采用直接插在VME机架上的快速IO快速存取入侧厚度前馈信号和输出执行压下控制模拟信号，从而提高了采样和执行机构的响应效率和速度；

(3)通过采用专业设备实现数据的采样和液压执行机构，从而使得测量采样和控制机构的执行更加精确、可靠、响应迅速。

附图说明

图1是本实用新型的轧机AGC结构框图。

图2是本实用新型的轧机AGC硬件配置图。

图3是本实用新型的轧机AGC数据跟踪示意图。

图4是本实用新型的轧机辊缝输出控制流程图。

图5是本实用新型的轧机AGC入口数据跟踪流程图。

图6是本实用新型的轧机AGC出口数据跟踪流程图。

图中，1：入口测厚仪；2：出口测厚仪；3：入口激光测速仪；4：出口激光测速仪；5：液压执行装置；6：液压压下伺服阀；7：液压压下缸；8：入口开卷机；9：出口卷取机；10：轧机机架。

具体实施方式

本实用新型涉及轧机AGC前馈、秒流量和反馈控制的方法。这三种控制方法的共同点都是通过改变轧机压下的辊缝设定值来达到控制轧机出口厚度的目的。其中前馈控制和秒流量控制都是通过对入口厚度进行采样测量并跟踪到轧机辊缝位置，然后根据算法修正压下辊缝设定值，来控制出口厚度的；反馈控制需要将出口厚度计的测量值反向跟踪到轧机位置，然后根据反馈控制算法修正压下的辊缝值，来控制带钢的出口厚度。

下面结合附图进一步说明本实用新型。

如图1所示，一种轧机AGC控制系统包括前馈控制装置11、反馈控制装置12、秒流量控制装置13和液压执行装置5，前三种控制装置11、12、13均与液压执行装置5保持通信。在轧机入口设置有入口测厚仪1、入口激光测速仪3，在轧机出口设置有出口测厚仪2、出口激光测速仪4。入口测厚仪1、入口激光测速仪3、出口激光测速仪4的检测信号传至秒流量控制装置13，入口测厚仪1、入口激光测速仪3的信号还传至前馈控制装置11，出口测厚仪2、出口激光测速仪4的信号还传至反馈控制装置12，执行装置5包括液压压下伺服阀6和液压压下缸7，液压压下伺服阀6的控制信号传送至液压压下缸7。

如图2所示，本系统还包括快速数字量IO、快速模拟量IO、相对增量编码器和绝对增量编码器，用于快速存取外部数字、模拟、速度和位移测量信号。这些信号主要包括：液压执行装置5有电磁阀控制及其状态检测装置、伺服阀控制及其位移检测装置、轧制力检测装置；入口有入口测厚仪1和入口激光测速仪3，出口有出口测厚仪2、出口激光测速仪4；这些现场输入输出信号均通过快速数字量IO、快速模拟量IO、相对增量编码器和绝对增量编码器进行存取，并与VME总线通信。

前馈、反馈控制装置11、12均包含乘法器，秒流量控制装置13、液压执行装置5包含PID(比例-积分-微分)调节器。如图1所示，入口测厚仪1的输出信号Δh0输出后通过一个乘法器与M/K的值相乘，然后再输入液压执行装置5，其中M为带材塑性系数，K为轧机弹性系数。出口测厚仪的输出信号Δh1输出后通过一个乘法器与1+M/K的计算值相乘，然后再输入液压执行装置5。秒流量控制装置13通过一个PID调节器将控制信号输入液压执行装置5。液压压下伺服阀6和液压压下缸7之间接有两个PID调节器分别进行辊缝位置和轧制力控制。

控制系统内的控制装置可采用ALSTOM的HPCi、GE的INNOVATION、SIEMENS的TDC或Motorola的MVME等。快速数字量IO、快速模拟量IO和快速编码器(相对增量编码器和绝对增量编码器)信号采样模块可采用ALSTOM的VME FASTI/O、North Atlantic Industries的64C2多功能I/O模板、GE的VME系列模板或SIEMENS的SM500模板等，分别插在各自提供的控制装置内。入口测厚仪1和出口测厚仪2可采用IMS的X射线厚度仪、东芝的γ射线测厚仪或德国Fischer的X射线厚度仪。液压压下伺服阀6可采用德国Rexroth伺服阀或MOOG伺服阀，液压压下缸7采用不锈钢液压缸体。

一种轧机压下AGC控制方法的处理流程是：通过入口测厚仪、入口激光测速仪、出口测厚仪、出口激光测速仪、位移检测装置、轧制力检测装置采样后，将信号传送至快速模拟量IO、快速数字量IO和快速编码器(相对编码器和绝对编码器)信号采样模块，将信号转换成数字信号，然后经VME总线将数字信号传送并保存在动态存储器，然后通过高性能控制装置进行处理和运算，产生控制信号，最后依次通过VME总线、快速模拟量IO和快速数字量IO将控制信号和控制值输出给液压执行装置以实现轧机液压AGC控制的目的。

轧机液压AGC控制包括辊缝位置控制和轧制力控制两种方式，其方法是：通过位移检测装置、轧制力检测装置进行采样和信号反馈；采用斜坡梯度发生器给定控制器输出辊缝值，以控制压下速度；在辊缝控制和轧制力控制过程中，若过调则返回一个梯度值，再以较小的速度逼近目标值；设定辊缝调节死区，当调节目标到达设定值允许范围时，完成调节过程；若单次辊缝调节偏差较大且不宜校正，则在规定的时间内允许较大的偏差，在下一个调节周期中进一步调节。

如图4所示，辊缝位置控制和轧制力控制的步骤包括：

1)准备完毕后，设置压下辊缝调节时间tp、一个调节梯度的执行时间tp1和调节允许的死区范围dp；

2)根据1)步设定值的大小设定辊缝控制输出的梯度np和每个梯度调节值；

3)输出一个梯度值；

4)执行一个梯度值的辊缝控制输出；

5)判断是否到达单个梯度调节的时间tp1，若为是，进入下一步；若为否转至步骤4)；

6)判断是否到达梯度设定值np，若为是进入下一步；若为否转至步骤3)；

7)判断调节过程是否已到达允许的死区范围dp，若为是转至12)；若为否进入下一步；

8)判断是否过调，若为是进入下一步，若为否则转至步骤10)；

9)返回一个梯度值；

10)以较小的速度接近目标值；

11)判断是否到达设定调节时间tp，若为否则转至7)，若为是则进入下一步；

12)结束控制过程。

对所有采样数据和信号进行跟踪处理，跟踪处理的方法包括：首先确定控制系统各参数，然后对轧机入口参数和轧机出口参数进行跟踪；

其中入口参数跟踪和出口参数跟踪的过程包括：

入口参数跟踪过程：从入口信号检测装置(如入口厚度仪1)将带钢入口信号(如带钢材料特性、规格、尺寸)和入口数据采样值(如入口实测厚度、速度)跟踪到轧机咬合位置，高性能控制装置再根据跟踪实际值进行前馈控制和秒流量控制，消除在前馈和秒流量控制过程中的时滞误差，实现精确控制；

出口参数跟踪过程：从轧机咬合的位置将入口数据跟踪信号、当前位置带钢信号(如材料特性，如长度、宽度、硬度等)、液压执行装置的数据信号(如辊缝参考值和实际值、轧制力参考值和实际值)和控制信号及油膜偏心等信号跟踪到出口信号检测位置，高性能控制装置再根据跟踪实际值、轧机参考设定值和实际测量厚度值进行反馈控制和对前馈控制、秒流量控制的算法进行优化。

作为精确有效的轧机AGC控制系统，具体实施步骤为：

壹.从硬件方面提高系统的快速响应性：

1.为提高系统的快速响应性，控制系统采用基于VME(Versa Module Eurocard)总线的高性能控制器(如ALSTOM公司的HPCi，GE公司的INNOVATION，SIEMENS公司的TDC和Motorola公司的MVME等)进行控制，提高控制系统的快速响应性，其最快响应速度是0.1ms，一般采样和控制器响应时间可放在1ms的控制器循环执行周期里，即做到处理器每1ms采样和执行一次。

2.采用直接插在VME机架上的快速数据采集IO(如ALSTOM的VME FAST I/O，NorthAtlantic Industries的64C2多功能I/O模板、GE的VME系列模板、SIEMENS的SM500模板等)快速存取轧机两侧的采样信号、辊缝检测信号和控制执行装置的采样和控制输出信号，以便提高采样和控制输出的接口通信速度，提高信号采样和调节机构执行的响应性。

3.采用专业设备(如厚度仪有IMS公司的X射线厚度仪、东芝γ射线测厚仪、德国Fischer的X射线厚度仪等，液压执行机构包括伺服阀和液压缸，伺服液压阀主要有德国力士乐(Rexroth)伺服阀，MOOG伺服阀等。液压缸采用国内专业的液压厂家生产的不锈钢液压缸体)实现数据的采样和液压机构的执行，以提高采样和执行机构的精确性、可靠性和快速响应性。

以上是从硬件角度提高系统的快速响应性，该方面的特征是必须的，只要通过合理的系统集成配置即可实现。请看说明书示图1控制系统硬件结构框图。

贰.通过有效的辊缝控制手段提高辊缝控制执行的精度与效率：

轧机AGC辊缝控制过程遵循如下法则：

1.采用斜坡梯度发生器给定设定值控制辊缝值，合理控制压下速度，从而减少过调几率，避免过调误差，实现平滑稳定的压下位置调节。

2.当出现过调时，返回一个梯度值，再以较小的速度逼近目标值，从而避免方向不一致导致的调节误差。

3.设定辊缝调节死区，当调节辊缝目标值到达设定值的允许范围值时，表示调节完成，以避免或减少调节震荡。

4.若单次辊缝调节偏差较大，在规定时间之后停止调节，以避免影响下一个调节周期。

以上特征是有效的辊缝控制手段，为保证控制精度和控制执行的周期，提高控制效率具有重要意义。

叁.通过精确的参数位置跟踪提高具有快速控制处理要求的AGC前馈、秒流量和反馈控制的效果和精度：

1.通过对入口厚度测量值(或计算值)直到出口厚度检测值的精确跟踪，消除前馈控制或秒流量控制因位置不一致产生的时滞，从而提高前馈和秒流量控制的精度，并提高反馈控制的效果和控制精度。

2.为保证精确跟踪的精度，采用准确定时的数据跟踪办法，消除速度变化对带钢跟踪精度的影响。准确定时计算充分考虑到数据采样时间、数据存取和控制器处理时间和控制执行装置(伺服阀控制系统)的执行时间。以准确的采样时间采集数据，保证在处理器处理和采样数据的精确性，使轧机AGC前馈和秒流量控制具有可靠、实时的效果，从而彻底消除控制误差；使反馈控制在材料位置上保持没有偏差，从而便于前馈和秒流量控制算法的自学习优化，提高反馈控制精度和效果。

3.在同一跟踪周期对采样信号进行限幅检测和故障处理，避免了在采样、跟踪和处理过程中异常情况的发生，加强了AGC控制系统的可靠性。

4.在同一跟踪周期和执行周期中对采样和检测信号进行平滑处理，提高了信号的精确度和可靠性。

下面对参数位置跟踪实施的过程进行详细阐述，首先确定控制系统各参数和信号，然后对轧机入口参数信号和轧机出口参数信号进行跟踪。

一、确定控制系统各参数和信号：

如果选择轧机入口、出口检测信号(如厚度值)采样的设备和控制器循环执行的周期相同，则入口、出口采样数据跟踪时，以下各参数值的定义和大小相同。

101.确定控制器循环执行周期t_c

基于VME总线的控制器，其处理周期最小只有0.1ms。通常控制器循环执行周期t_c定义为1ms，这样既可以保证较快的循环处理速度，又可以减小处理器的执行负荷，使处理器可靠快速地处理压下AGC控制过程。也可根据控制器的负荷情况选择2ms的控制循环周期来处理压下AGC控制的采样、处理、执行和控制。

102.确定数据信号采样周期t_m

影响数据采样周期t_m的因素包括：(1)信号的检测时间，这与采用的检测设备、信号转换速度有关；(2)信号的读取和保存到处理器的时间，与控制器循环执行周期t_c和快速数据存取IO的时间有关；(3)信号的处理时间，与控制器循环执行周期t_c有关。由于以上过程分时进行，所以一个采样周期t_m等于以上3个时间之和。

当信号检测装置、数据采集IO和控制器循环执行周期t_c确定的情况下，数据采样周期t_m是一个固定值。由于信号检测时间、数据采集IO转换和传输的时间在微妙级，相对控制器循环执行周期t_c较小，因此数据采样周期t_m不超过2个控制循环周期t_c，即t_c＜t_m＜2t_c。

103.确定控制器执行时间t_p

控制器输出执行过程包括控制器处理、输出和执行装置的执行的过程，所以控制器执行时间是如下时间之和：1.控制器输出信号处理、存取的时间，这与控制器的算法和循环执行周期t_c有关；2.控制器控制信号输出的时间，与快速IO数据存取的时间有关；3.伺服阀执行机构响应和压下的时间，该时间与伺服阀的相应特性有关。

在轧机AGC控制过程中，伺服阀执行机构响应和压下的时间确定：由于控制器处理采用阶梯值给定方法输出控制，因此以上输出控制的过程需要反复若干次n_p，才能达到辊缝预设值，设每次处理器控制执行的周期为tp1，则到达辊缝预设值的时间是n_p×t_p1；若有过调，还要回调一定的位置后再以相同的方向低速逼近辊缝预设值。为了减少和消除调节的震荡，调节值设置死区，以便当辊缝达到设定值允许的误差范围时即认为到达预设值并停止调节；所以设置最大调节执行周期t_pmax，当超过该周期时，停止进一步调节，执行下一个辊缝值调节执行周期。所以一次控制器执行时间t_p是到达预设值的时间与可能的回调和震荡时间t_r之和：tp＝n_p×t_p1+t_r，且t_p≤t_pmax。

每个处理器控制执行的周期t_p1，伺服控制系统执行一个压下梯度值，因此一个梯度执行的时间等于处理器控制执行的周期t_p1。由于IO转换输出时间在微秒级，控制器循环执行时间在1～2ms，而伺服阀输出控制的周期是伺服阀加油缸响应时间与压下机械相应时间之和。伺服阀加油缸响应时间周期时间在20～40ms，完成一个压下梯度的设定，压下机械响应速度v_p1最大为8mm/s(即8μm/ms)，结合每个梯度的调节行程S_p1即可通过s_p1/v_p1计算出来，因此每个梯度所要执行的时间等于伺服阀加油缸响应时间周期时间、压下机械响应时间和控制器循环执行时间之和。一般在40ms～90ms之间。因此伺服阀执行机构响应和压下的时间远远大于处理器执行周期和IO转换输出时间，整个控制器执行时间t_p1主要取决于伺服阀执行机构响应和机械压下的速度。

在控制执行机构、控制器算法、控制器循环执行周期t_c和数据输出IO设备确定的情况下，上述每个处理器控制执行的周期t_p1可以通过计算来确定。一次AGC控制输出调节所用的全部时间(即控制器执行时间t_p)就是每次控制执行的周期t_p1与控制器处理执行的次数的乘积。如控制器处理梯度执行的最大次数不超过5次，则一次伺服阀最大调节执行周期t_pmax等于一个处理器梯度控制执行的时间t_p1的5倍。若按40ms＜t_p1＜90ms的范围确定单次梯度循环控制的执行周期t_p1，然后根据t_p＝t_p1×n_p就可确定t_p的值。其中实际控制输出执行的次数n_p的范围为1≤n_p≤5，如图七所示。

通过采用以上的控制策略，可以减少控制器处理执行的次数，并能稳定可靠地达到辊缝位置控制的目标值。

104.数据跟踪周期t_tr

数据采样之后需要跟踪处理，然后参与控制器的执行。在采样的同时，处理器同时进行跟踪处理和控制器的执行(即辊缝的调节)，为保证每一个跟踪数据能有不同的采样数据且能可靠地在控制器中执行，需要使跟踪时间大于或等于控制器的执行时间和数据的采样时间，由于t_p＞t_m，t_m＞t_c，控制器执行时间t_p的最大调节执行周期为t_pmax，因此只要数据跟踪周期t_tr大于或等于最大调节执行周期t_pmax，就能保证采样的数据信息经过跟踪后能够完整可靠地执行一次。

数据跟踪周期t_tr同时是控制器循环执行周期t_c、控制器执行时间t_p和数据采样周期t_m的最小公倍数或最小公倍数的倍数，这样才能保证采样信号经过跟踪能够可靠地输出执行。用公式表示为：

t_tr＝n_tr×f(t_p，t_m，t_c)；

f：求最小公倍数；

n_tr：倍数，为保证采样和控制的精度，一般取值1或2。

由于t_tr是t_m的倍数n_m，因此在跟踪周期t_tr内采样和采样值存取的次数等于该倍数n_m。该采样值通过高低限幅处理，若采样的数值无效，剔除无效的采样值，并报警；同时对有效的采样值做加权平均处理，得到一个跟踪周期内的实际入口厚度值。

由于经高低限幅和加权平均处理后得到的跟踪入口厚度值，虽没有考虑带钢的速度，但充分考虑了从信号采样到液压AGC控制系统可靠完整执行的时间，因此可实现可靠、及时的AGC调节，从而最大限度地消除了来料厚度变化对出口厚度的影响，达到可靠精确的AGC控制的目的。

105.在一个跟踪周期内，从入口数据采样点到轧机辊缝调节位置的跟踪周期的最大位移偏差值Δl_max和最大位移偏差次数Δn_max值：

在入口数据采样点到轧机辊缝调节位置之间的距离和带钢传动的加速度a一定的情况下，带材在入口数据采样点的初始速度v₀越低，在入口数据采样点到轧机辊缝调节位置之间的带材速度偏差越大。假如带钢AGC投入时的带钢速度不小于60m/min(即1m/s)，设入口厚度检测点与轧机辊缝调节位置之间的距离S₀＝5m，加速度a≤1m/s²，则在带钢速度较小时，从检测位置跟踪到轧机位置的带钢速度偏差：

$\mathrm{\ΔV}\≤\sqrt{{V_0}^2+2a{S}_0}-V0=\sqrt{1^2+2\×5\×1}-1=2.31m/s$

ΔV_max＝2.31m/s＝2.31mm/ms

也就是说，在轧机AGC投入且正常运行时，从入口检测位置到达轧机咬合位置时，带钢实际运行速度的最大偏差值ΔV_max是2.31m/s。

其中，a为带材加速度，v₀为带材在入口数据采样点的初始速度，S₀为入口数据采样点到辊缝调节位置的距离；

设一个跟踪周期在入口测厚仪位置时的采样带钢长度是l₀，到达轧机辊缝咬合位置采样的带钢长度是l₁，则：

l1＝l0+t_tr·ΔV；

或l1＝l0-t_tr·ΔV；

则采样长度偏差值：Δl＝t_tr·ΔV；

最大采样长度偏差：

Δl_max＝t_tr·V_max＝2.31·t_tr

则最大偏差跟踪周期：

${\mathrm{\Δn}}_{\max }=\frac{{\mathrm{\Δl}}_{\max }}{t_{\mathrm{tr}}}=2.31$

也就是说，在入口采样检测点一个跟踪周期的带钢采样长度，经加速后到达轧机咬合位置最多需要3个跟踪周期处理，以可靠完成一个完整的压下AGC辊缝控制过程；同样在带钢减速时为了在轧机AGC辊缝控制过程中完整、可靠地执行一个跟踪周期，在入口信息采样点最多需要3个跟踪周期。

106.根据下式(1)～(2)计算从轧机入口数据采样点到轧机咬合位置的跟踪次数n：

$S1==t_{\mathrm{tr}}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i---\left(1\right)$

S₀+v_n·t_tr≥S1≥S₀(2)

其中，v_i为每个跟踪周期的速度测量值，通过激光测速仪或速度编码器实时检测；i为跟踪次数，S1为带钢从入口厚度检测装置跟踪到轧机执行装置过程中行走的距离，S₀是入口厚度检测点到轧机咬入点之间的距离，是一个固定值。

107.根据下式(3)和(4)计算从辊缝调节位置到轧机出口数据采样点的跟踪次数n’：

$S_1^{\′}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^{\′}\·t_{\mathrm{tr}}^{\′}=t_{\mathrm{tr}}^{\′}\·\underset{i=1}{\overset{n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^{\′}---\left(3\right)$

S′₀+v′_n′·t′_tr≥S′₁≥S′₀    (4)

其中，v′_i为每个跟踪周期的速度测量值，i为跟踪次数，S′₁为带钢从轧机执行装置到出口检测装置跟踪行走的距离，通过激光测速仪或速度码盘实时检测；S′_o为出口厚度检测点与轧机之间的距离，t′_tr为出口跟踪周期，确定方法同t_tr，在控制器循环执行周期和采样周期相同时t′_tr＝t_tr。

二.入口数据信号的采样和跟踪的方法：

1.入口数据(如厚度)的采样：由于数据跟踪周期t_tr是数据采样周期t_m的倍数，因此在t_tr周期内采样和采样值存储的次数等于该倍数。该采样值通过高低限幅处理，若采样的数值无效，剔除无效的采样值且报警，同时对有效的采样值做加权平均处理，得到一个跟踪周期的入口实际厚度值。入口数据的采样适用于前馈控制和秒流量控制。

2.入口采样数据的跟踪方法

201)采用指针结构的数组来存储和处理跟踪数据。该结构数组有两个指针，一个是入口指针P_in，指向加入数组的入口数据(即新加入的数据)；一个是出口指针P_out，指向数组的出口数据。每个结构可以包括若干项，其中必须有当前采样跟踪数据序列号，当前采样的速度，当前采样材料的特性，如长度、宽度、硬度等。并设入口指针P_in的数据的序列号是k，出口指针P_out的数据的序列号是j，从入口到达轧机调节辊缝位置所需的采样跟踪次数是n，则从j＝1到k＝n，分别表示该结构指针数组中从出口指针P_out到入口指针P_in所有跟踪数据的序列。最后将j、k置零。

设S₀是入口厚度检测点到轧机咬入点之间的距离，是一个固定的值。v_i为每个跟踪周期的速度测量值，通过激光测速仪或速度码盘实时检测，i为跟踪次数，S1为带钢从入口厚度检测装置跟踪到轧机执行装置过程中行走的距离。

在咬入前的跟踪位移为：

$S1=\underset{i=j}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i\·t_{\mathrm{tr}}=t_{\mathrm{tr}}\·\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i---\left(5\right)$

则从入口厚度测量位置跟踪到达轧机咬合位置时满足如下关系式：

S₀+v_n·t_tr≥S1≥S₀      (6)

202)对轧机入口的带材厚度采样一次，将入口指针加1，即P_in＝P_in+1，k＝k+1，n＝k；若是第一次采样，则将出口指针置1，即P_out＝1，j＝1。

203)将P_in所指向的值代入(5)式得到S₁的累加值，然后判断(6)式是否成立，若成立则将P_out所指向的跟踪数据(如入口厚度跟踪值)赋给压下AGC控制系统参与控制；否则返回执行步骤202)。

204)将入口指针加1，即P_in＝P_in+1，此时P_in的序列号k＝k+1，n＝n+1；代入上式(5)式计算S1的累计值，然后判断(6)式是否成立，若成立则说明入口指针新加入的跟踪周期的长度较小，直接用当前出口P_out的跟踪值，作为辊缝控制输入值参与控制，出口指针P_out不变，序列号k不变；

205)若(6)成立，则若为第一次，建立初始值为1的计数器c，然后重复步骤204)；若不是第一次，则将计数器c加1，若c≤Δn_max，Δn_max＝3，则重复步骤204)，若c＞Δn_max则停止跟踪过程，转入故障处理，进入步骤209)。

若不成立，则说明跟踪实际长度已超出S₀，转入步骤206)执行。

206)将P_out所指向的结构数组值移除保存，然后将出口指针P_out加1，即P_out＝P_out+1，j＝j+1，此时初始值i等于i加1，指向跟踪队列出口的下一数据，即从跟踪数据队列出口的下一跟踪数据开始到跟踪数据入口参与(5)式的计算，并判断(6)式是否成立；

若(6)式不成立则则将当前的出口指针P_out上的跟踪数据入口实际厚度移出并保存，设置初始值为0的计数器c1，将计数器值加1，若c1≤Δn_max，Δn_max＝3，则重复执行步骤206)步；若c1＞Δn_max则停止跟踪过程，转入故障处理，进入步骤209)。如果(6)式成立则执行下一步；

207)将步骤206)移出并保存的P_out曾经指向的入口厚度值值和当前P_out所指向的跟踪值进行算术平均后，再赋给轧机辊缝AGC控制系统进行辊缝控制；

208)将入口指针P_in和出口指针P_out之间的数组重新排序，排序后的数组仍按序号从1开始到n结束。速度、材料属性(如厚度、宽度、硬度等)仍按新的排序顺序进行定义，如速度从v₁到v_n，入口厚度采样值从h₁到h_n。然后转向步骤202)。

209)停止跟踪过程。

三.出口厚度采样数据的跟踪方法

1.出口数据的采样：适用于反馈控制，其采样方法与前馈控制和秒流量控制时入口厚度采样类似。由于t′_tr是t_m的倍数，因此在t′_tr周期内采样和采样值存储的次数等于该倍数。该采样值通过高低限幅处理，若采样的数值无效，剔除无效的采样值则报警，同时对有效的采样值做加权平均处理，得到一个跟踪周期的出口实际厚度值。

2.出口厚度采样数据(即反馈信号)的跟踪具体实施步骤为：

出口采样数据的跟踪方法与入口数据的跟踪方法相同。具体步骤如下：

301)建立指针结构的数组来存储和处理跟踪数据，该结构数组包括指向加入数组的数据的指针P′_in和指向数组输出的数据的指针P′_out，并设入口指针P′_in的数据序列号是1，出口指针P_out的数据的序列号是m，从达轧机调节辊缝位置到出口数据采样位置所需的采样跟踪次数是n’，则从l＝1到m＝n’分别表示该结构指针数组中从出口指针P′_out到入口指针P′_in所有跟踪数据的序列。数组的每个结构可以包括若干项，其中必须有当前采样跟踪数据序列号，当前采样的速度和加速度，当前采样出口材料的特性，如长度、宽度、硬度等，当前辊缝参考值和实际值、轧制力、跟踪入口采样值及油膜偏心等其它轧机参数。最后将l和m置零。

设S′_o是入口厚度检测点到轧机咬入点之间的距离，是一个固定的值。v′_i为每个跟踪周期的速度测量值，通过激光测速仪或速度码盘实时检测，S′₁为带钢从轧机辊缝位置跟踪到出口厚度检测装置过程中行走的距离。

从轧机辊缝位置到出口厚度测量位置跟踪位移：

$S_1^{\′}=\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^{\′}\·t_{\mathrm{tr}}^{\′}=t_{\mathrm{tr}}^{\′}\·\underset{i=1}{\overset{n^{\′}}{\mathrm{\Σ}}}{v}_i^{\′}---\left(7\right)$

则从轧机辊缝位置跟踪到达出口厚度测量位置时满足如下关系式：

S′₀+v′_n′·t′_tr≥S′₁≥S′₀    (8)

302)对轧机出口的带材厚度每采样跟踪一次，就将出口指针加1，即P′_in＝P′_in+1，l＝l+1；若是第一次采样跟踪，需将出口指针置1，即P′_out＝1，m＝1；

303)将P′_in的速度值代入(7)式得到S′₁的累加值，然后判断(8)式是否成立，若成立则将P′_out所指向的跟踪值输出和当前的出口厚度采样值一起参与辊缝AGC控制系统控制，否则返回执行步骤302)。

304)将入口指针加1，即P′_in＝P′_in+1，此时P′_in的序列号l＝m+1，n’＝n’+1；代入上式(7)式计算S′₁的累计值，然后判断(8)式是否成立，若成立则说明出口指针新加入的跟踪长度较小，直接用当前出口P′_out的跟踪值，输出参与辊缝AGC控制系统控制，出口指针P′_out不变，序列号m不变；

305)若(8)成立，则若为第一次，建立初始值为1的计数器c’，然后重复步骤304)；若不是第一次，则将计数器c’加1，若c’≤Δn_max，Δn_max＝3，则重复步骤304)，若c’＞Δn_max则停止跟踪过程，转入故障处理，进入步骤309)。

若(8)不成立则说明跟踪实际长度已超出S′_o，转入步骤306)执行。

306)将P_out所指向的结构数组值移除保存，然后将出口指针P′_out加1，即P_out＝P′_out+1，指向出口P′_out的序列号m＝m+1，此时初始值i等于i加1；指向跟踪队列出口的下一数据，即从跟踪数据队列出口的下一跟踪数据开始到跟踪数据入口为止参与(7)式计算，并判断(8)式是否成立；

若此时(8)式不成立，则将当前的出口指针P′_out上的跟踪数据移出并保存；设置初始值为0的计数器c′₁，将计数器值加1，若c′₁≤Δn_max，Δn_max＝3，则重复执行步骤306)步；若c′₁＞Δn_max则停止跟踪过程，转入故障处理，进入步骤309)。如果(8)式成立则执行下一步；

307)将步骤306)移出并保存的P′_out曾经指向的跟踪数据和当前P′_out所指向的跟踪值进行线性处理后，再输出参与轧机辊缝AGC控制系统进行辊缝控制；

308)将出口指针P′_in和出口指针P′_out之间的数组重新排序，排序后的数组仍按序号从1开始到n’结束；然后转至步骤302)；

309)停止跟踪过程。

出口厚度跟踪控制的特点是将实际的干扰、执行和最后得到出口厚度的结果进行实时比较、分析和控制，避免了以前反馈控制方法中干扰和执行的对象与反馈执行的结果对象不同的情况，消除了反馈中存在的位置上的滞后，便于更精确地分析、判断和控制，特别是将反馈厚度检测值的实际变化与各干扰分量的实际变化对应起来进行比较和分析，优化各干扰的前馈控制算法，如跟踪的入口厚度值通过跟踪的出口厚度值进行精确比较，可以修正前馈和秒流量的控制算法，、可以更加精确地控制轧辊的辊缝值等。同时对模糊的干扰分量导致的出后厚度偏差和系统偏差可通过反馈调节进一步优化反馈控制的效果。

Claims (7)

1.一种轧机AGC控制系统，其特征在于：它包括前馈控制、反馈控制、秒流量控制装置和液压执行装置，前三种控制调节装置均与液压执行装置保持通信，在轧机入口设置有入口测厚仪、入口激光测速仪，在轧机出口设置有出口测厚仪、出口激光测速仪，入口测厚仪、入口激光测速仪、出口激光测速仪的检测信号传至秒流量控制装置，入口测厚仪、入口激光测速仪的信号传至前馈控制装置，出口测厚仪、出口激光测速仪的信号传至反馈控制装置，液压执行装置包括液压压下伺服阀和液压压下缸，液压压下伺服阀的控制信号传送至液压压下缸。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：本系统还包括快速数字量IO、快速模拟量IO、相对增量编码器和绝对增量编码器，液压执行装置设有电磁阀控制及其状态检测装置、伺服阀控制及其位移检测装置、轧制力检测装置；电磁阀控制及其状态检测装置、伺服阀控制及其位移检测装置、轧制力检测装置、入口测厚仪、入口激光测速仪、出口测厚仪、出口激光测速仪的现场输入输出信号均通过快速数字量IO、快速模拟量IO、相对增量编码器和绝对增量编码器进行存取，并与VME总线通信。

3.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：前馈、反馈控制装置均包含乘法器，秒流量控制装置和液压执行装置均包含PID调节器。

4.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：本控制系统基于VME总线，本系统的各控制装置采用ALSTOM的HPCi、GE的INNOVATION、SIEMENS的TDC或Motorola的MVME。

5.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：快速数字量IO、快速模拟量IO、相对增量编码器和绝对增量编码器采用ALSTOM的VME FAST I/O、North Atlantic Industries的64C2多功能I/O模板、GE的VME系列模板或SIEMENS的SM500。

6.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：入口测厚仪和出口测厚仪采用IMS的X射线厚度仪、东芝的γ射线测厚仪或德国Fischer的X射线厚度仪。

7.根据权利要求1或2所述的控制系统，其特征在于：液压压下伺服阀采用德国Rexroth伺服阀或MOOG伺服阀，液压压下缸采用不锈钢液压缸体。

Images