4 厚度自动控制——AGC讲义教材

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1、4 厚度自动控制AGC,4.1 板带钢厚度波动的原因及其厚度的 变化规律 一、板带钢厚度波动的原因 1. 工艺因素：t、v、H、s、f 2.设备因素：轧辊偏心、轧辊的椭圆度、 轧辊磨损、轧机刚度、轧辊原始辊缝等。,二、轧制过程中厚度变化的基本规律 1.复习： （1）弹跳方程： 轧机弹性曲线 （2）轧制压力P： 轧件塑性曲线 （3）弹塑性曲线 P-h 图,P-h 图的描述： 0点 工 作点， 表征该道 次在P1作 用下，由 H h1,（2）实际轧出厚度随轧机刚度而变化的 规律 轧机的刚度Km 随v、P、B、轧辊 的材质和凸度、工 作辊与支持辊接触 部分的状况而变化 h，即Km h,（3）实际轧出

2、厚度随来料厚度H而变化的规律 当来料厚度H 发生变化时，便会 使B曲线的相对位 置和斜率都发生变 化 h，即有： H h ,（4）实际轧出厚度随润滑条件、轧制速度而变化的规律 当减小摩擦 系数时，轧制压 力会降低，可以 使得带钢轧得更 薄，即： f h。, 轧制速度对实际轧出厚度的影响， 主要是通过对摩擦系数的影响来起 作用的，当轧制速度增高时，摩擦 系数减小，则实际轧出厚度也减 小，反之则增厚。,（5）实际轧出厚度随变形抗力而变化的规律 当来料机械性 能不均或轧制温度 发生波动时，金属 的变形抗力随之波 动，使B曲线斜率 发生波动 h，即： s h ,（6）实际轧出厚度随张力而变化的规律 轧

3、制张力对 实际轧出厚度的 影响是通过改变 B曲线的斜率来 实现的，张力增 大时，会使B曲 线的斜率减小 h。,三、P-h 图的用途 分析轧机刚度对轧件厚度的影响 分析各种轧制工艺条件对轧件厚度的 影响 可作为对轧机辊缝预设定的工具 是板带材厚度控制的基础和依据,厚控的基本思想通过采用合适的厚控方法，使线A与线B的交点始终落在一条垂直线上，这条垂线称为等厚轧制线。因此，板带厚度控制实质就是不管轧制条件如何变化，总要 使线A与线B交到等厚轧制线上，这样就可得到恒定厚度（高精度）的板带材。,P-h 图的分析方法的实质是利用求取轧机弹性变形曲线和轧件塑性变形曲线交点的几何方法，或对轧机弹跳方程和轧件塑

4、性方程联立求解，以确定各种参数变化时的工作点定性的变化规律及有关变量之间近似的定量关系。,厚度自动控制的目的就是借助于辊缝、张力、速度等可调参数，把轧制过程参数（如原料厚度、硬度、摩擦系数、变形抗力等）波动的影响消除，使其达到预定的目标厚度。而辊缝、张力等参数的调节又是以轧机的弹性曲线和轧件的塑性曲线及弹 - 塑曲线（P-H图）为依据的。所以利用P-h 图，可以定性地、定量地、直观地分析各种厚控方法。,4.2 厚度自动控制的基本形式及控制原理,控制原理通过测厚仪或传感器（如辊 缝仪和压头等）对带钢实际厚度进行连续 地测量，并根据实测值与给定值相比较后 的偏差信号，借助于控制回路和装置或计 算机

5、的功能程序，改变压下位置、轧制压 力、张力、轧制速度或金属秒流量等，把 厚度控制在允许偏差范围之内。 组成：检测系统、控制系统、执行系统 （执行机构 ）,AGC调节方式 厚控方法 （1）调压下；改变辊缝是AGC控制的主要方式，一般用来消除因轧制压力的波动而造成的厚度偏差。 （2）调节张力。通过改变带钢的张力改变轧件变形抗力即塑性曲线斜率以实现厚度自动控制的目的。 （3）调速度。轧制速度的变化将影响到张力、摩擦系数等的变化，即影响轧制压力变化。可通过调速改变轧制压力以实现厚度自动控制的目的。,实现厚度自动控制的系统AGC。 根据轧制过程中对厚度的控制方式不 同，AGC的基本形式有：反馈式、厚度

6、计式、前馈式、监控式、张力式、金属 秒流量式 、相对值式、绝对值式 、动态 设定式和各种补偿系统等十种。,一、反馈式厚度自动控制的基本原理 控制原理 数学模型 反馈方程 缺陷 时间滞后的形式： 1）传递滞后 2）过渡过程滞后（压下系统的反应程度、计算机控制时间）,二、厚度计式厚度自动控制的基本原理 （P-AGC GM-AGC） 控制原理 数学模型 （1）基本假设 （2）数学模型 SP/Km,三、前馈式厚度自动控制的基本原理 控制原理 数学模型 S= M / Km H 前馈方程 缺陷：不与 h作 比较，实 际的h未知,四、监控式厚度自动控制的基本原理 使用意义：对于采用P-AGC、张力式、液压式

7、的轧机或机组，由于轧机方面的原因可能导致误操作而进行弥补，以保证厚度精度。 控制原理：用设置在出口侧的高精度X-射线测厚仪或同位素测厚仪所测得的厚度实测值与设定值进行比较hX ，按照金属秒流量相等的原则推算出各个机架的轧出厚度偏差，作适当的压下或张力调节，对各机架的AGC系统进行监控修正，来提高成品带钢的厚度。,因此，通过出口侧高精度测厚仪 检测轧机出口侧带材的厚度偏差，控 制轧辊辊缝或轧制压力，使厚度偏差 趋于零。厚度监控可以消除因热膨胀、 轧制速度等对出口厚度的影响，消除 入口厚度变化和入口带材硬度变化的 影响。,3. 数学模型 连轧精轧机组各机架的出口厚度偏差为： 每个机架X-射线测厚仪

8、的监控值为： MNnMNn-1KXhX,五、张力式厚度自动控制的基本原理 控制原理 张力微调的实现 （1）调节速度 （2）调节活套机构 的给定转矩 3. 控制模型：,六、金属秒流量厚度自动控制的基本原理 质量流AGC、物流AGC、MF-AGC 控制原理：光电砝码L、l；或激光测速器 vH、vh； 测厚仪H、h 按秒流量相等原则按反馈方程来调节压下系统控厚。,2. 数学模型 hH L/l 或 hH H/h 3. 秒流量AGC系统的构成 一套完整的秒流量AGC系统应由 厚度前馈(预控)环、按金属秒流量相等 原则计算出的轧出厚度的厚度反馈环 和厚度监控环组成。,七、液压式厚度自动控制基本原理,控制原

9、理 1）位置传感器下支 撑辊的实际位置 2）压力传感器及弹跳 方程位置设定值 1与2比较借助轧机 的液压系统，通过液 压伺服阀调节液压缸 油量和压力来控制轧 辊的位置进行的厚控。,从控制原理来将，液压AGC是按 照轧机刚性可变控制的原理来实现厚 度的控制。所谓轧机刚度可变控制， 实质就是改变轧辊位置补偿系数C而 改变等效的轧机刚度系数KE来实现厚 度的自动控制。,2. 数学模型 轧辊位置补偿之后的带钢轧出厚度偏差： 改变轧辊位置补偿系数 C KE 轧辊的位置 厚控,3. 轧机刚度可变控制系统,4. 应用：随着轧制速度和自动化程度的提高，为了更有效地控制带钢纵向厚度公差，提高成品带钢质量，液压压

10、下已成为压下系统的发展方向。其主要优点： （1）惯性小、反应快、截止频率高，系统对外来干扰跟随性好，调节精度高。 （2）由于系统响应快，因此对轧辊偏心引起的辊缝发生高频周期变化的干扰能进行有效清除。 （3）可实现轧机刚度系数调节，可依据不同的轧制条件选择不同的刚度系数获得更高的成品厚度精度。,八、绝对值AGC控制系统的基本原理 ABS-AGC 1. 问题的提出：常规AGC系统都是以相对实际厚度的某一锁定厚度，即目标厚度为基准进行厚控的，属于相对值厚控范畴，使所控制的厚度精度受制约，为进一步提高厚度精度，而提出了绝对值AGC的理念。,AGC的工作方式目标值的确定方法 （1）绝对AGC：机架锁定板

11、厚设定值是轧机受载某一时间后的负载辊缝计算值。采用此方式时，AGC功能也在相应确定的时间后参与辊缝调节。如：2050为20ms。 （2）相对AGC ：机架锁定板厚设定值为轧机受载后一定时间内负载辊缝计算值的平均值，这时AGC功能在机架受载后参与辊缝调节。如：2050取3s后四次的平均值，而1700 取头部厚度。,2. 控制的基本出发点：所轧板材的厚度 精度只取决于厚度计模型，通过增加 厚度计模型的精度，避免了由轧制力 模型误差所造成的轧制厚度误差的问 题。在此系统中，过程计算机同时向 AGC提供目标厚度及预设定辊缝，并 且应用厚度计原理，使AGC调整辊缝 得到目标厚度。,3. 绝对值AGC装置

12、的要点 (1) 要开发出高精度厚度计模型； (2) 用高精度仪器进行在线测量和模型变 量的数据处理； (3) 与此同时，为了使所轧板材端部和水 印部位的厚度变化减到最小，必须实 现控制系统的快速响应(如采用液压 驱动来调节辊缝)。,4. 模型思路 板厚 = 辊缝+轧机变形模型+轧辊热膨 胀模型+轧辊磨损模型 辊缝，采用BISRA厚度计公式 轧机变形模型分两部分，即与宽度有 关和无关两项计算式 轧辊热膨胀模型和轧辊磨损模型通过 在线高精度检测技术获取,九、动态设定型控制系统的基本原理 D-AGC 控制原理：是通过实时测量压力增量值来计算下一步的辊缝设定增量值，然后通过APC实现AGC控制功能的系

13、统。实质上为增量型GM方式AGC。 控制模型,3. 控制系统 4. 应用：响应速度要比BISRA-AGC快23倍；可变刚度范围较宽；与其他厚控方法共用时其稳定性好，无相关干扰，因此得到很好的应用。,十、厚度自动控制系统中的补偿控制原理 厚度补偿控制系统（或称为附加控制 回路）是厚度自动控制系统中不可缺少 的组成部分，对各机组的厚度精度具有 直接控制效果，一般它包括有：支持辊 偏心的补偿、油膜厚度的补偿、板带钢 宽度的补偿、速度的补偿、带钢尾部补 偿的控制。,1.支撑辊偏心的AGC补偿系统 （1）形成原因及其后果：因轧辊安装不 当 板厚呈周期性的变化 （2）消除方法和措施 ：在机械上消除轧辊偏心

14、的影响不大可能，必须在电气控制系统上采取措施。而采用液压压下实现厚度自动控制，为消除轧辊偏心的影响提供了可能性，具体有：A)改善支撑辊的重磨和提高其装配精度；B）恒压控制自动补偿偏心；C）恒位置控制自动补偿偏心；D）设置偏心滤波装置。,2. 油膜厚度的AGC补偿系统 （1）形成原因：当轧机加、减速时，油膜轴承的进油量发生变化，而影响辊缝大小。 （2）模型：实际轧出厚度h取决于压下位置S、轧机的弹性变形S、油膜厚度Of以及X-射线厚度监控量XM，即h = S + S - Of + XM，其中油膜厚度Of是轧制速度v和轧制压力P的函数，即Of = f (v，P)。,（3）控制原理 采用测速发电机测

15、出主电机的速度，经电压变换器送入函数发生器，函数发生器根据不同的轧制速度，输出相应的辊缝补偿值给液压辊缝调节系统进行辊缝调整，以调节带钢厚度偏差。,3. 板带钢宽度的补偿系统 （1）原因：轧制时，工作辊与轧件、支撑辊接触，当轧件宽度发生变化时，使接触应力的分布发生变化对轧机刚度系数发生影响 h波动 （2）模型： （3）控制原理：在控制回路中按机组的生产条件，设置宽度补偿用放大器，以位置给定器RH的给定进行相应的宽度补偿 。,活套补偿系统 （压下补偿系统、速度补偿系统） （1）原因：当AGC系统移动压下而改 变辊缝进行调厚（即调压下厚控）时，必然使压下率变化，从而影响前 滑和后滑，改变带钢出口和入口速度。 这种现象将干扰活套的工作，而活套 的动态调节又将反过来影响调厚效果 h波动,（2）模型： 其中： （3）控制原理：当调压下厚控时，检测出前滑率、后滑率的变化，事先给主速度一个补偿信号，来控制轧制速度，以便保持机架间带钢活套量恒定。,5. 尾部补偿系统 （1）原因：带钢尾部温度较低，加上带 钢尾部由于后张力迅速消失，必然导致 尾部瞬间增厚，这种现象称为尾部厚跃。 在现代化AGC 系统中，普遍采用了尾 部补偿功能。,（2）补偿方式及其模型 “压尾”法，即在带钢尾部离开第 i-1 机 架时，增大第 i 机架的压下量 ，其数 学模型是： “拉尾”法，即当带钢尾部离