熱連軋活套穩(wěn)定控制自適應(yīng)改進(jìn)

李新明

（太原鋼鐵公司熱連軋廠，山西 太原 030003）

熱連軋機(jī)的精軋液壓活套是軋線設(shè)備的重要組成部分。精軋液壓活套安裝在兩個機(jī)架之間，用于調(diào)整兩個機(jī)架之間軋制帶鋼的張力，避免因?yàn)閮蓚€機(jī)架之間張力過大導(dǎo)致軋斷或拉窄，或者因?yàn)閮蓚€機(jī)架之間的張力太小造成虛套形成不穩(wěn)定軋制。通常的驅(qū)動方式采用液壓，液壓活套的動作穩(wěn)定性與主機(jī)速度互相干涉，同時它還受壓下輥縫厚薄、軋機(jī)間帶鋼張力大小、活套角度高低及活套張力矩大小等因素的影響，就是說液壓活套的動作控制因子是多種受力的平衡調(diào)節(jié)過程。如果精軋機(jī)內(nèi)帶鋼頭、尾部板形變化大，造成檢測力與帶鋼實(shí)際受力不符，形成控制計算與實(shí)際脫節(jié)，帶鋼活套動作或頻繁調(diào)整不穩(wěn)定，導(dǎo)致帶鋼表面產(chǎn)生輥印和帶鋼頭、尾部出現(xiàn)拉窄，而液壓活套頻繁的調(diào)節(jié)反過來又會造成主機(jī)速度的變化，形成惡性循環(huán)，極易引起軋制中斷并影響帶鋼質(zhì)量。在設(shè)備硬件沒有大的變化時，用模型計算優(yōu)化既保證張力恒定，又使活套位置穩(wěn)定。模型計算優(yōu)化成為主攻方向。

1 模型自適應(yīng)功能的優(yōu)化

1.1 傳統(tǒng)活套控制的張力算法分析

在軋制過程中，帶鋼在精軋機(jī)中要經(jīng)過頭部咬鋼、穿帶、下機(jī)架咬鋼形成連軋建立張力，活套在下機(jī)架咬鋼時起套、隨帶鋼軋制調(diào)整位置和上游機(jī)架拋鋼落套三個主要過程組成。在傳統(tǒng)的活套控制中，活套位置和張力進(jìn)行獨(dú)立計算但實(shí)際上又相互影響。在實(shí)際軋鋼過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)虛套導(dǎo)致軋爛、軋廢，在落套時因?yàn)樯嫌沃鳈C(jī)速度小帶鋼力矩造成帶鋼尾部跑偏并甩尾軋爛，進(jìn)而會造成輥面產(chǎn)生凹痕并進(jìn)而在帶鋼表面形成輥印。所以，在大規(guī)模復(fù)雜鋼種的熱連軋生產(chǎn)中，液壓活套控制計算就顯得十分重要。通過研究，活套力矩計算優(yōu)先于活套位置計算，也就是位置調(diào)節(jié)要根據(jù)活套實(shí)際受力，兩者雖然獨(dú)立計算但要考慮相互影響的因素。

在帶鋼穿帶過程中為了保證正常穿帶從模型設(shè)定上常常使活套處于低套位夸速建立張力，而活套處于低位起套時又極易產(chǎn)生帶鋼張力過大，速度和活套的快速回調(diào)又很容易產(chǎn)生虛套，就是帶鋼的實(shí)際力矩小于帶鋼設(shè)定力矩，使得活套伺服閥無法滿足由于軋制速度快、活套慢不協(xié)調(diào)所導(dǎo)致的機(jī)架間跑偏廢鋼。主要是就活套角度偏差、活套套量偏差、活套力矩偏差、主機(jī)速度偏差這四個因素的影響進(jìn)行調(diào)優(yōu)分析，希望通過對它們的偏差計算增加活套動作靈敏性。

活套給定大范圍變化的多種自動補(bǔ)償措施：

1）力矩偏差控制的采用。根據(jù)不同鋼種模型采用實(shí)際已經(jīng)驗(yàn)證過的最優(yōu)比例系數(shù)。

2）采用前饋計算保證動作穩(wěn)定性。在力矩偏差計算中采取相應(yīng)的活套閥采集壓力、活套位置傳感器角度濾波技術(shù)，譬如液壓活套微偏差糾正、算術(shù)平均濾波計算、積分計算等，確保在軋制帶鋼張力恒定的基礎(chǔ)上，液壓活套位置小范圍調(diào)整以達(dá)到良性循環(huán)的穩(wěn)定。

3）軋線二級計算機(jī)根據(jù)鋼種、規(guī)格和模型分類完成壓下負(fù)荷分配計算、主機(jī)速度計算，從而確定帶鋼軋制頭部是采用拉套還是送套軋制。

4）通常其設(shè)定角度為25°，待鋼角度一般在10°左右。

5）根據(jù)活套計算公式，要改變活套力矩偏差值大小除帶鋼活套單位張力設(shè)定值可主動改變外，其他一般為相對固定參數(shù)。通過增加帶鋼活套單位張力設(shè)定值即改變帶鋼張力力矩，從而實(shí)現(xiàn)改變活套力矩偏差值ΔM的目的。在活套起套帶鋼建立穩(wěn)定張力后，根據(jù)活套力矩偏差值ΔM大小和活套位置高低確定變張力的計算條件，實(shí)現(xiàn)增大活套力矩設(shè)定Mref，從而達(dá)到減少活套力矩偏差值ΔM的絕對值的目的，解決帶鋼活套實(shí)際力矩遠(yuǎn)大于活套設(shè)定力矩的情況下由于過度調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的活套落套問題，以滿足帶鋼頭部張力穩(wěn)定控制。起套后進(jìn)入力矩控制為主、活套角度控制為輔的活套控制方式。

1.2 自適應(yīng)優(yōu)化

通過上述分析，建立微張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、力矩增益系數(shù)相對應(yīng)的計算公式：

式中：Mact為實(shí)際力矩，Mref為設(shè)定力矩，K1為針對不同鋼種特性而加入的特征常數(shù)，K2為套量偏差反諧振系數(shù)，C為實(shí)際調(diào)試產(chǎn)生的修正經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

在原有活套力矩控制計算中，Kp只是一個經(jīng)過調(diào)整的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，對所有的鋼種它都是恒定的，也就是說無論活套實(shí)際力矩偏差的是大還是小，模型計算的給定變化速率是一定的，這就造成力矩偏差大的時候希望他調(diào)整快點(diǎn)，可它有點(diǎn)慢，力矩偏差小的時候希望它調(diào)整慢點(diǎn)，可它卻有點(diǎn)快。而我們建立微張力算法模型將常數(shù)Kp做為變量，并且是根據(jù)實(shí)際的力矩偏差決定最終調(diào)整給定：這個模型確保力矩偏差越大則附加給定越大、力矩偏差越小則附加給定越小。在實(shí)際軋制過程中，力矩偏差在正負(fù)10%以內(nèi)波動時，附加給定越小保證其穩(wěn)定性要求，活套力矩偏差在正負(fù)10%～15%以內(nèi)時，確保附加給定使活套力矩偏差迅速調(diào)整進(jìn)入正負(fù)10%以內(nèi)；活套力矩偏差大于正15%或小于負(fù)15%時，附加給定需要足夠大，以實(shí)現(xiàn)活套快速起套或落下，滿足帶鋼力矩控制快速性要求。

初期的微張力算法模型在沒有K2套量偏差反諧振系數(shù)的計算時，活套在很多鋼種會產(chǎn)生周期共振，造成整個精軋軋制的不穩(wěn)定，并且無論怎樣調(diào)整K1都不能避開共振，所以我們考慮使用套量偏差的變化率計算反諧振系數(shù)，在活套共振的時候利用反諧振計算量破壞活套的周期共振。由軋制負(fù)荷量、帶鋼厚度、寬度等參與這個套量偏差反諧振系數(shù)的計算，通過不斷測試確定最優(yōu)參數(shù)：由一級過程計算機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌套在主模型的微張力模型，切實(shí)解決了活套諧振共振的問題，同時反諧振系數(shù)也可以決定前饋控制的位置變量。主要算法：

式中：C1為由鋼種的負(fù)荷、厚度和寬度決定的一個特征常數(shù)；ΦBV為實(shí)際套量偏差的變化率。

熱連軋活套微張力控制方法能使活套穩(wěn)定性得到大大增強(qiáng)，但超厚規(guī)格的耐候鋼由于加熱原因偶爾抖動劇烈，2.3 mm硅鋼在板型變化大時，頭部短時間的虛套就會帶鋼蹭側(cè)導(dǎo)致使邊部軋爛，并在后邊的壓下進(jìn)一步惡化軋爛堵轉(zhuǎn)廢鋼。按照活套軋制控制力矩為主的控制思路，結(jié)合公式的常數(shù)C，我們在正常生產(chǎn)中使用6σ里的實(shí)驗(yàn)設(shè)計大師博克斯（G.BOX）于1957年提出一種方法—調(diào)優(yōu)運(yùn)算（evolutionary operation，EVOP），調(diào)優(yōu)運(yùn)算的目的就在于在加工出符合標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的同時，也生成相關(guān)生產(chǎn)過程關(guān)自身的信息。它的特征是雖然每次微小改進(jìn)可能并不引起系統(tǒng)波動，但長時間的累積改進(jìn)效果卻是巨大的，而且由于每次改進(jìn)都是漸進(jìn)、微量的，這保證了EVOP過程中不可能會“從懸崖上跌落”。現(xiàn)場跟蹤中發(fā)現(xiàn)厚規(guī)格的耐候鋼和薄規(guī)格的規(guī)格對活套跟隨性的要求是不同的，甚至可以說是相反的，而且也找到了這兩種鋼的最優(yōu)控制區(qū)間；按照它們各自的特性，我們?nèi)砸园l(fā)明專利的公式的常數(shù)C為切入點(diǎn)，通過鋼種判斷引入三段控制模式：

1）在軋制耐候鋼時，弱化因加熱造成壓下軋制力波動造成的活套頻繁調(diào)整，并改變此時的活套反應(yīng)特性，消除頻繁調(diào)整造成的自振蕩。

2）在活套實(shí)際力矩小于設(shè)定力矩的一個特定范圍，成倍增加活套的抬套反應(yīng)速度，使虛套時間減小到軋制允許的范圍。

3）當(dāng)由于板型、溫度或其它軋制異常造成活套實(shí)際力矩小于設(shè)定力矩的差值大于第二點(diǎn)特定范圍，以更大倍數(shù)增加活套的抬套反應(yīng)速度，雖然套量波動增加，但虛套時間仍能保持在軋制允許的范圍內(nèi)，保證特種鋼的軋制穩(wěn)定。

2 在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用及其效果

這個方案不僅使活套控制計算更加完善，而且增加活套虛套時間為活套新的技術(shù)指標(biāo)，通過三段控制模式的開發(fā)更加深入挖掘控制模型潛力，極大地增強(qiáng)活套力矩穩(wěn)定受控狀態(tài)，同時由于三段控制模式對諧振波動消除程序極大加速，能夠使活套套量這個與力矩相互對立、矛盾的指標(biāo)迅速回歸平穩(wěn)狀態(tài)。三段控制模式技術(shù)對超厚和超薄帶鋼等高附加值鋼種的穩(wěn)定軋制有著重要意義，能夠在熱連軋生產(chǎn)得到廣泛應(yīng)用，為各生產(chǎn)廠提高熱軋效益提供了借鑒思路。