热轧板带偏心控制REC系统的研究

张景然

（东芝三菱电机工业系统(中国)有限公司，北京 100062）

1 概述

在热轧板带生产过程中，板带的厚度命中率是衡量热轧板带成品的最重要的指标之一，随着市场需求侧对板带质量越来越高的要求，国内越来越多的热轧厂对厚度指标要求越来越高。在热轧自动化控制系统中，直接控制成品厚度的是精轧机组的自动厚度控制系统AGC（Finisher Automatic Gage Control），但是AGC控制大多采用的反馈闭环控制，即采集精轧出口的实时厚度，对前面的机架进行厚度补偿，这样的措施均存在一定的滞后性。因此对一些影响厚度控制的因素进行提前预测和补偿是很有必要的。在实际生产过程中，由于轧辊的机械结构，在支撑辊的表面存在着很多的细凹槽，这些凹槽直接改变了工作辊的辊缝，因此也就直接影响了带钢的厚度精度，同时在AGC控制过程中，对轧机弹跳模数（MMC）的控制也存在不利的影响。这些不利因素要求自动控制系统对其进行补充控制，从而消除其不利影响。

轧辊偏心的直接影响反映在带钢厚度和轧辊轧制力的周期性变化上，通过现场安装的传感器测量得到这些数据，通过轧辊偏心控制系统输出轧辊的辊缝补偿，加载轧辊的辊缝设定中。以7机架热轧为例，该辊缝补偿作用于后三个机架（F5,F6,F7）的辊缝设定中。并且通过滤波降低轧制力的波动，从而降低对轧机模数控制MMC的不利影响。7机架轧辊偏心控制功能如下表所示。

表1 7机架轧辊偏心控制功能

2 轧辊偏心控制的结构图

轧辊偏心控制REC的结构图图1和图2所示

图1 轧辊偏心控制结构图

图2 轧辊偏心控制结构图

3 偏心控制系统的功能描述

3.1 概述

轧辊偏心产生了轧制力的周期性变化，通过采集这个周期性偏差，基于轧制力的轧辊偏心控制（RF-REC）控制辊缝用于消除轧辊偏心的影响。如图3所示。

图3 轧辊偏心对轧制力的影响

3.2 控制方法

偏心控制系统的基本原理如图4所示，偏心控制系统是基于重复控制理论，常用于输出是周期性变化的控制系统。

图4 基于轧制力的偏心控制基本原理图

在REC系统中，支撑辊的位置（360o）被分为30等份，被等分的其中一份等于12o，对应支撑辊一圈中的具体位置，例如当其中一个位置到达正下方时，如果轧制力发生周期性变化时，它就可以被认为轧辊偏心，从而产生了轧制力周期性变化。

如上图所示，每一个加法器对应一个等份，即每一个加法器包含了对应每个支撑辊位置的累加轧制力偏差，REC启动之后，在学习模型中，轧制力偏差存储在每一个对应的加法器中。在控制输出模型中，开关的控制对应每一个支撑辊等分点，加法器中的轧制力偏差经过增益计算得出轧辊辊缝偏差值作为偏差控制系统的输出。

该控制方法基于多个积分器的反馈控制，其主要目的是为了消除由上游轧辊偏心导致的带钢厚度的周期性波动。

4 轧制力偏差的采集办法

通常无偏心的轧制力不是固定不变的，由于带钢温度的变化和操作人员对于辊缝的手动干预，轧辊的轧制力是呈近似线性的变化趋势，因此对于从实际轧制力中精确的采集由偏心造成的轧制力的变化量是很重要的。

图5 支撑辊的轧制力采集图和等分示意图

如图5所示，由轧辊偏心造成的轧制力如图中P10，P11，P12等所示，一般情况下由于轧制力信号存在扰动，很难正确采集到精确的轧制力，因此在支撑辊转动一圈的周期内，需要采集的是平均值。

因此由偏心造成的轧制力波动值定义如下：

其中：i：REC控制开始时支撑辊的圈数。

j：支撑辊的等分位置（0＜=j＜=n-1）。

n：支撑辊的等分数（n=30）。

P：轧制力[kN]。

5 支撑辊位置的计算方法

在基于轧制力的偏心控制中，跟踪计算出支撑辊的位置（角度）对于补偿控制是至关重要的，计算如下：

pBUR：支撑辊每圈总的脉冲值[-]。

p：主电机每圈总的脉冲值[-]。

GR：齿轮箱的减速比[-]。

DBUR：支撑辊的直径[mm]。

DWR：对应工作辊的直径[mm]。

6 偏心补偿控制的应用

轧辊偏心补偿REC是反馈控制，控制应该在实际轧制力产生之后启动，即在轧辊咬钢信号产生之后投入使用，具体流程如下。

（1）在轧辊咬钢之前，由REC产生的轧辊补偿值先清楚或者保存至其他位置。

（2）轧辊咬钢之后，在T1[sec]内进行数据采集和控制输出。

（3）轧辊咬钢之后，延时T1[sec]后，REC启动，进行数据采集。

（4）轧辊咬钢之后，等待支撑辊转动一圈，在转动一圈的过程中，学习模型投入使用，系统采集轧制力，数据收集在加法器中，同时记录咬钢后支撑辊的圈数。

（5）学习模型启动后，数据控制输出进入到交叉过程中。交叉过程是指前块钢的数据计算输出结果退出，当前钢的数据计算输出结果渐渐投入，两者处于短暂的交叉过程中。

（6）时间T1和交叉过程时间要求工程人员在调试过程中精调所得。

投入流程如图6所示：

图6 偏心控制REC投入使用的时间模型

7 结束语

轧辊偏心控制对于由支撑辊机械结构造成的厚度偏差有良好的补偿作用，基于以下几点，对于控制系统有更高的响应要求，以及对于热轧模型有更好的学习机制。首先支撑辊分为上下支撑辊，上下支撑辊的辊径存在着偏差，这样会造成上下辊不同步的现象，因此需要REC控制系统有相对上下辊独立的控制体系；其次由轧制力偏差计算出辊缝偏差是由轧机模数和弹跳系数决定的，而轧机模数和弹掉系统由轧机模型计算得出；REC控制器是基于时间进行计算，每次控制频率在2ms左右，控制输出在支撑辊每等分点的边缘处。因此如何提高控制精度，加快系统响应时间。