热连轧活套稳定控制自适应改进

李新明

（太原钢铁公司热连轧厂，山西 太原 030003）

热连轧机的精轧液压活套是轧线设备的重要组成部分。精轧液压活套安装在两个机架之间，用于调整两个机架之间轧制带钢的张力，避免因为两个机架之间张力过大导致轧断或拉窄，或者因为两个机架之间的张力太小造成虚套形成不稳定轧制。通常的驱动方式采用液压，液压活套的动作稳定性与主机速度互相干涉，同时它还受压下辊缝厚薄、轧机间带钢张力大小、活套角度高低及活套张力矩大小等因素的影响，就是说液压活套的动作控制因子是多种受力的平衡调节过程。如果精轧机内带钢头、尾部板形变化大，造成检测力与带钢实际受力不符，形成控制计算与实际脱节，带钢活套动作或频繁调整不稳定，导致带钢表面产生辊印和带钢头、尾部出现拉窄，而液压活套频繁的调节反过来又会造成主机速度的变化，形成恶性循环，极易引起轧制中断并影响带钢质量。在设备硬件没有大的变化时，用模型计算优化既保证张力恒定，又使活套位置稳定。模型计算优化成为主攻方向。

1 模型自适应功能的优化

1.1 传统活套控制的张力算法分析

在轧制过程中，带钢在精轧机中要经过头部咬钢、穿带、下机架咬钢形成连轧建立张力，活套在下机架咬钢时起套、随带钢轧制调整位置和上游机架抛钢落套三个主要过程组成。在传统的活套控制中，活套位置和张力进行独立计算但实际上又相互影响。在实际轧钢过程中，经常会出现虚套导致轧烂、轧废，在落套时因为上游主机速度小带钢力矩造成带钢尾部跑偏并甩尾轧烂，进而会造成辊面产生凹痕并进而在带钢表面形成辊印。所以，在大规模复杂钢种的热连轧生产中，液压活套控制计算就显得十分重要。通过研究，活套力矩计算优先于活套位置计算，也就是位置调节要根据活套实际受力，两者虽然独立计算但要考虑相互影响的因素。

在带钢穿带过程中为了保证正常穿带从模型设定上常常使活套处于低套位夸速建立张力，而活套处于低位起套时又极易产生带钢张力过大，速度和活套的快速回调又很容易产生虚套，就是带钢的实际力矩小于带钢设定力矩，使得活套伺服阀无法满足由于轧制速度快、活套慢不协调所导致的机架间跑偏废钢。主要是就活套角度偏差、活套套量偏差、活套力矩偏差、主机速度偏差这四个因素的影响进行调优分析，希望通过对它们的偏差计算增加活套动作灵敏性。

活套给定大范围变化的多种自动补偿措施：

1）力矩偏差控制的采用。根据不同钢种模型采用实际已经验证过的最优比例系数。

2）采用前馈计算保证动作稳定性。在力矩偏差计算中采取相应的活套阀采集压力、活套位置传感器角度滤波技术，譬如液压活套微偏差纠正、算术平均滤波计算、积分计算等，确保在轧制带钢张力恒定的基础上，液压活套位置小范围调整以达到良性循环的稳定。

3）轧线二级计算机根据钢种、规格和模型分类完成压下负荷分配计算、主机速度计算，从而确定带钢轧制头部是采用拉套还是送套轧制。

4）通常其设定角度为25°，待钢角度一般在10°左右。

5）根据活套计算公式，要改变活套力矩偏差值大小除带钢活套单位张力设定值可主动改变外，其他一般为相对固定参数。通过增加带钢活套单位张力设定值即改变带钢张力力矩，从而实现改变活套力矩偏差值ΔM的目的。在活套起套带钢建立稳定张力后，根据活套力矩偏差值ΔM大小和活套位置高低确定变张力的计算条件，实现增大活套力矩设定Mref，从而达到减少活套力矩偏差值ΔM的绝对值的目的，解决带钢活套实际力矩远大于活套设定力矩的情况下由于过度调节所产生的活套落套问题，以满足带钢头部张力稳定控制。起套后进入力矩控制为主、活套角度控制为辅的活套控制方式。

1.2 自适应优化

通过上述分析，建立微张力算法模型并嵌套在活套主力矩模型：主要目的就是建立活套力矩偏差、力矩增益系数相对应的计算公式：

式中：Mact为实际力矩，Mref为设定力矩，K1为针对不同钢种特性而加入的特征常数，K2为套量偏差反谐振系数，C为实际调试产生的修正经验常数。

在原有活套力矩控制计算中，Kp只是一个经过调整的经验常数，对所有的钢种它都是恒定的，也就是说无论活套实际力矩偏差的是大还是小，模型计算的给定变化速率是一定的，这就造成力矩偏差大的时候希望他调整快点，可它有点慢，力矩偏差小的时候希望它调整慢点，可它却有点快。而我们建立微张力算法模型将常数Kp做为变量，并且是根据实际的力矩偏差决定最终调整给定：这个模型确保力矩偏差越大则附加给定越大、力矩偏差越小则附加给定越小。在实际轧制过程中，力矩偏差在正负10%以内波动时，附加给定越小保证其稳定性要求，活套力矩偏差在正负10%～15%以内时，确保附加给定使活套力矩偏差迅速调整进入正负10%以内；活套力矩偏差大于正15%或小于负15%时，附加给定需要足够大，以实现活套快速起套或落下，满足带钢力矩控制快速性要求。

初期的微张力算法模型在没有K2套量偏差反谐振系数的计算时，活套在很多钢种会产生周期共振，造成整个精轧轧制的不稳定，并且无论怎样调整K1都不能避开共振，所以我们考虑使用套量偏差的变化率计算反谐振系数，在活套共振的时候利用反谐振计算量破坏活套的周期共振。由轧制负荷量、带钢厚度、宽度等参与这个套量偏差反谐振系数的计算，通过不断测试确定最优参数：由一级过程计算机实现嵌套在主模型的微张力模型，切实解决了活套谐振共振的问题，同时反谐振系数也可以决定前馈控制的位置变量。主要算法：

式中：C1为由钢种的负荷、厚度和宽度决定的一个特征常数；ΦBV为实际套量偏差的变化率。

热连轧活套微张力控制方法能使活套稳定性得到大大增强，但超厚规格的耐候钢由于加热原因偶尔抖动剧烈，2.3 mm硅钢在板型变化大时，头部短时间的虚套就会带钢蹭侧导致使边部轧烂，并在后边的压下进一步恶化轧烂堵转废钢。按照活套轧制控制力矩为主的控制思路，结合公式的常数C，我们在正常生产中使用6σ里的实验设计大师博克斯（G.BOX）于1957年提出一种方法—调优运算（evolutionary operation，EVOP），调优运算的目的就在于在加工出符合标准产品的同时，也生成相关生产过程关自身的信息。它的特征是虽然每次微小改进可能并不引起系统波动，但长时间的累积改进效果却是巨大的，而且由于每次改进都是渐进、微量的，这保证了EVOP过程中不可能会“从悬崖上跌落”。现场跟踪中发现厚规格的耐候钢和薄规格的规格对活套跟随性的要求是不同的，甚至可以说是相反的，而且也找到了这两种钢的最优控制区间；按照它们各自的特性，我们仍以发明专利的公式的常数C为切入点，通过钢种判断引入三段控制模式：

1）在轧制耐候钢时，弱化因加热造成压下轧制力波动造成的活套频繁调整，并改变此时的活套反应特性，消除频繁调整造成的自振荡。

2）在活套实际力矩小于设定力矩的一个特定范围，成倍增加活套的抬套反应速度，使虚套时间减小到轧制允许的范围。

3）当由于板型、温度或其它轧制异常造成活套实际力矩小于设定力矩的差值大于第二点特定范围，以更大倍数增加活套的抬套反应速度，虽然套量波动增加，但虚套时间仍能保持在轧制允许的范围内，保证特种钢的轧制稳定。

2 在生产中的实际应用及其效果

这个方案不仅使活套控制计算更加完善，而且增加活套虚套时间为活套新的技术指标，通过三段控制模式的开发更加深入挖掘控制模型潜力，极大地增强活套力矩稳定受控状态，同时由于三段控制模式对谐振波动消除程序极大加速，能够使活套套量这个与力矩相互对立、矛盾的指标迅速回归平稳状态。三段控制模式技术对超厚和超薄带钢等高附加值钢种的稳定轧制有着重要意义，能够在热连轧生产得到广泛应用，为各生产厂提高热轧效益提供了借鉴思路。