冷带轧机液压AGC系统轧机刚度测试试验研究.pdf

2 0 1 2年 9月 第 4 0卷 第 1 7期 机床与液压 MAC HI NE TOOL HYDRAULI eS S e p ．2 01 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 7 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 7 ． O 1 1 冷带轧机液压 A G C系统轧机刚度测试试验研究 孙孟辉 ， 王益群 ，张伟 1 ．南京工程学院机械工程学院，江苏南京 2 1 1 1 6 7 ； 2 ．燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛 0 6 6 0 0 4 摘要以3 0 0型可逆冷带轧机为对象，针对冷带轧机液压 A G C系统，开发出了适用于轧机刚度测试试验的测控系统， 该系统具备人机界面和数据存储功能，可实现轧制力闭环和位置闭环。同时，进行了轧机刚度测试试验 ，采用最小二乘法 辨识出了轧机刚度。在试验过程中，采用位置闭环将辊缝压靠到位，然后采用轧制力闭环进行轧制力定步长变化，并在每 次恒定步长增减后 ，加入一定延时，以保证轧制力实际值达到实际给定值。 关键词冷带轧机；液压 A G C系统；轧机刚度测试 ；最小二乘法 中图分类号 T G 3 3 4 ． 9 ；T P 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 7 0 3 83 Re s e a r c h o n Te s t i n g Ex p e r i me nt o f M i Ⅱ Ri g i di t y i n Hy dr a u l i c AGC Sy s t e m o f Co l d Ro l l i n g M i U S UN Me n g h u i ．W ANG Yi q u n ．ZHANG W e i 1 ． S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ，N a n j i n g I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y ，N a n j i n g J i a n g s u 2 1 1 1 6 7 ，C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， Y a n s h a n U n i v e r s i t y ， Q i n h u a n g d a o H e b e i 0 6 6 0 0 4，C h i n a Ab s t r a c t Ai mi n g a t h y d r a u l i c AGC s y s t e m i n c o l d r o l l i n g mi l l ，t e s t me a s u r e me n t a n d c o n t r o l s y s t e m w e r e d e v e l o p e d b y t h e o b j e c t o f 3 0 0 t y p e r e v e r s e c o l d r o l l i n g mi l l ， w h i c h w a s a p p r o p ri a t e f o r t e s t i n g e x p e ri m e n t fo r m i l l ri g i d i t y ．T h e s y s t e m w a s p o s s e s s e d o f h u - ma n c o mp u t e r i n t e r f a c e a n d f u n c t i o n o f d a t a s t o r a g e ， wi t h wh i c h t h e r o i l i n g f o r c e c l o s e d l o o p a n d p o s i t i o n c l o s e d l o o p c o u l d b e r e a l i z e d ． At t h e s a me t i me，t e s t i n g e x pe rime nt for mi l l rig i d i t y wa s c a r r i e d o ut ，a n d mi l l rig i d i t y wa s i de nt i fie d b y l e a s t s qu a r e me t h o d．I n t h e p r o c e s s o f e x p e ri me n t ，r o l l g a p w a s k i s s e d a d o p t i n g p o s i t i o n c l o s e d l o o p ． L a t e r ，r o l l i n g f o r c e w a s c h a n g e d b y c o n s t a n t s t e p，a d o p t i n g r o l l i n g f o r c e c l o s e d l o o p ．A n d a f t e r e v e r y t i me c o n s t a n t s t e p c h a n g e d，c e r t a i n d e l a y wa s c a r r i e d o u t ，s o t h a t t h e r e al v alu e o f r o l l i n g f o r c e i s e ns u r e d t o r e a c h a t s e t va l u e ． Ke y wo r d s C o l d r o l l i n g mi l l ；Hy d r a u l i c AGC s y s t e m ；Mi l l ri g i d i t y t e s t i n g ；L e a s t s q u a r e me t h o d 冷带轧机为复杂机电系统，对其板厚控制系统控 制精度的要求也越来越高 。轧机刚度是冷带轧机 液压 A G C A u t o m a t i c G a u g e C o n t r o 1 系统 中 的重 要 参数 ，对于建立液压 A G C系统精确的轧制模型以及 进行高精度的板厚控制都有着重要的影响 。 。 作者以3 0 0型可逆冷带轧机为对象 ，针对冷带轧 机液压 A G C系统 ，进行了轧机刚度测试试验并对轧 机 刚度进行 了辨识 。同时 ，开发出了适用 于轧机 刚度 测试试验的测控系统 ，该系统可实现轧制力闭环和位 置闭环，进行测试试验以及数据采集，并具备过程自 动化级 和基础 自动化级 。 1 冷带轧机轧机刚度 在冷轧带钢轧制过程中，由于轧件变形抗力的作 用，轧机机架和轧辊都会产生一定的弹性变形，并导 致辊缝增大。根据轧制力和辊缝值可得到轧机变形的 弹性曲线，该曲线并非完全是直线，而是在其起始段 和末端为曲线，在中间一定的范围内近似为直线，造 成这种现象的主要原因是非线性 因素 的影 响 。在实 际轧制过程中，冷带轧机主要工作在线性范围内，冷 带轧机轧制理论 中也主要以此段 为研究对象 。在轧制 理论中，直线部分的斜率即为轧机刚度，而轧机刚度 的物理 意义是指冷带轧机抵抗弹性变形的能力 ，轧机 刚度越 大 即弹性 曲线越 陡 ，表 明轧机在轧 制过程 中的弹性变形就越小。 轧机刚度可根据轧制理论计算求得，但是由于存 在着诸如零件间隙等非线性因素，计算求得的刚度并 不准确。 目前 ，液 压 A G C系统 中所 用 的轧机 刚度通 常是对轧机进行实测而求得的，轧机刚度的实测方法 主要有轧板法和轧辊压靠法 。 轧板法需在测试时进行带钢轧制，而轧辊压靠法 主要是通过上下轧辊的接触压靠来进行测试。由于轧 板法受到带钢厚度的影响，轧制力变化范围不够大， 收稿 日期 2 0 1 1 0 9 0 5 基金项 目南京工程学院校级科研基金项 目 Y K J 2 0 1 0 0 7 作者简 介孙孟 辉 1 9 8 1 一 ，男 ，博 士，讲师 ，研究 方 向为冷带 轧机板厚 控制技 术。Ema i l s u n m e n g h u i 1 9 8 1 y a ho o ．t o m． c n。 4 O 机床与液压 第 4 0卷 轧机实时监控主界面可以监控操作 台数字量信 号、传感器的模拟量信号和轧机状态的变化，实时监 控主界面如图 2所示 。 3 试验研究 试验中使轧辊保持在恒定的转速，开始时采用位 置闭环将辊缝压靠到位，然后采用轧制力闭环进行轧 制力定步长变化，同时以恒定步长增加轧制力，达到 最大值后再以同样的恒定步长减小轧制力，记录下轧 制力和缸位移值。其中为了保证每次恒定步长增减 后，轧制力实际值能够 ； 达到设定值， 在每次恒 器 定步长增减后 ，设定值 变化需经过一定的延时。 位置闭环和轧制力闭环 均采 用 P I D控 制策 略， 压下位置伺服系统 P I D 控制 阶跃 响应 如 图 3所 图3 冷带轧机压下位 置伺服系统 P I D 控制阶跃响应 示 。 轧机刚度测试过程两侧轧制力和缸位移实际值随 时间变化曲线如图4 、5所示。 图4 3 0 0型冷带轧机 图5 3 0 0型冷带轧机 的轧机刚度测 的轧机刚度测 试轧制力曲线 试缸位移曲线 由两侧 轧制力 和缸位 移实 际值可 绘制 出轧制 力 一 缸位移曲线， 如图6主 所示。由于刚度测试试验 采用 空压靠 ，辊缝 中没有 带钢 ，因此 辊缝 的变化 与 缸位移变化 等价 。采用 最 小二乘法进行 辨识 ，即可 求出轧机刚度值，在辨识 图 6 过程中将非线性区间的数据剔除， 4结 论 3 0 0型可逆轧机的 轧机刚度测试曲线 以提高辨识精度。 轧机刚度对于建 立液压 A G C系统 精确 的轧 制模 型以及进行高精度的板厚控制都具有重要意义。作者 针 对 3 0 0型可逆 冷带轧机 ，进行 了轧机刚度 测试试 验 ，所开发 出的轧机刚度测控 系统可实现压下 电液伺 服控制系统轧制力闭环和位置闭环，具备人机界面和 数据存储功能。所采用的测试方法可精确地测试出冷 带轧机刚度，在每次恒定步长增减后，加入了一定的 延时，该方法可保证轧制力实际值达到实际给定值 。 该方法切实可靠。 参考文献 【 1 】国家 自 然科学基金委员会工程与材料学部． 机械与制造 科学[ M] ． 北京 科学出版社， 2 0 0 6 8 9 ． 【 2 】 王益群， 孙孟辉， 张伟． 冷连轧机液压 A G C分布式计算 机控制[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 3 1 2 0 1 2 3 ． 【 3 】 杨安， 欧阳奇． 轧机液压 A G C系统建模与仿真[ J ] ． 机床 与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 9 2 4 4 2 4 6 ． 【 4 】Z H A N G W e i ， S U N M e n g h u i ， WA N G Y i q u n ． R e s e a r c h o f Au t o ma t i c G a u g e C o n t r o l Mo d e l i n Hy d r a u l i c S c r e w- d o w n S y s t e m o f S t ri p Mi l l [ C ] ／ ／ P r o c e e d i n g s of t h e S i x t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n F l u i d P o w e r T r a n s mi s s i o n and C o n ． t r o l ， Ha n g z h o u， C h i n a， 2 0 0 5 7 1 77 2 1 ． 【 5 】 赵丽娟， 才宏 ， 刘杰． 四辊冷连轧机液压压下系统建模研 究[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 6， 3 4 2 1 2 81 2 9 ． 【 6 】 赵家骏， 魏立群． 冷轧带钢生产知识问答[ M] ． 北京 冶 金工业 出版社 ， 2 0 0 9 1 9 8 2 0 2 ． 【 7 】 孙一康． 带钢冷连轧计算机控制[ M] ． 北京 冶金工业出 版社 ， 2 0 0 2 6 97 2 ． 上接第 1 0 4页 体机械 ， 1 9 9 6 ， 2 4 4 4 6 4 7 ． 【 5 】郝木明， 胡丹梅， 杨惠霞． 上游泵送机械密封的研究开发 及应用[ J ] ． 流体机械， 2 0 0 1 ， 2 9 2 1 31 6 ． 【 6 】 Z H A N G J i n f e n g ， Y U A N S h o u q i ， F U Y o n g h o n g ， e t a1 ． A N u me r i c al S i mu l a t i o n o f 3 - D I n n e r F l o w I n U p - S t r e a m P u m- p i n g M e c h a n i c a l S e a l [ J ] ． J o u r n al o f H y d r o d y n a mi c s ， 2 0 0 6 ， 1 8 5 5 7 2 5 7 7 ． 【 7 】 S A L A N T R F ， A D WO R D S W， K A N P L ． 可控机械密封装 置 中国， C N 1 0 0 9 7 5 2 B[ P ] ． 1 9 9 0 0 92 6 ． 【 8 】 S A L A N T R F ， WO L F F P ， N A V O N S ． E l e c t r o n i c a l l y C o n t r o l l e d Me c h ani c al S e a l f o r Ae r o s p a c e Ap p l i c a t i o n s - P a r t I D e s i g n ， A n al y s i s ， a n d S t e a d y S t a t e T e s t [ J ] ． T r i b o l o g y T r a n s a c t i o n ， 1 9 9 4 ， 3 7 1 1 8 91 9 5 ． 【 9 】 彭旭东， 顾永泉， 王汝美． 相态监控机械密封的研制和应 用[ J ] ． 石油化工设备技术， 1 9 9 5 ， 1 6 3 3 03 3 ． 【 1 0 】乐秀， 刘辉， 张桂枝 ， 等． 微机保护中通用处理器和 D S P 的通信[ J ] ． 河海大学学报， 2 0 0 1 ， 2 9 5 6 4 6 9 ． 【 1 1 】王念旭． D S P 基础与应用系统设计[ M] ． 北京 北京航 空航天大学出版社， 2 0 0 1 ．