张利兵 罗兴壮 何秋陵 许存涛
广西柳钢中金不锈钢有限公司 广西省玉林市 537000
摘要：以柳钢中金顶锋公司950MM六连轧为研究对象，根据AGC控制基本原理，给出AGC中前馈AGC、反馈AGC以及秒流量AGC的算法，分析研究AGC系统控制策略，给出机架间恒张力控制下第一机架高级秒流量加前馈控制和后部机架高级秒流量控制方式及特点。实际应用效果表明，采用第一机架高级秒流量模式结合后部机架不带前馈的高级秒流量模式，成品厚度达到预期效果，是一种比较贴合现场实际的有效控制方式。
关键词 冷连轧 算法 自动厚度控制（AGC） 秒流量控制
1 前言
厚度指标是冷连轧产品的一个重要指标，其在很大程度上依赖于厚度自动控制AGC（Automatic Gauge Control）系统的控制精度。柳钢中金顶锋950MM冷连轧采用六机架六辊轧机，机械部分由北方重工集团提供，电气控制部分由上海宝立公司提供，产品厚度控制0.4-2.2MM。本文结合产线2年的使用情况为基础，对其AGC控制系统进行研究。
2 AGC控制原理
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弹性塑性曲线（P-h）图是自动控制的基本曲线，弹性塑性的交叉点为轧制点，见图1。
当出现厚度偏差时，可根据弹性塑性曲线定量调节辊缝以消除厚度偏差。
随着科技的进步，高精度速度监测仪器投入到连轧系统中，从而流量恒定原理引入到控制中，见式1：
VH*BH*H=Vh*Bh*h （1）
考虑到冷连轧过程中宽度基本不发生变化，从而可以衍生出式2：
VH*H=Vh*h （2）
式中：VH为机架入口速度；BH为机架入口宽度；H为机架入口宽度；Vh为机架出口速度，Bh为机架出口宽度，h为出口厚度。
3 AGC基本控制算法
3.1 前馈式AGC
前馈式AGC控制前提条件式轧机入口装一台高精度测厚仪用于实时监测来料厚度波动，从而提前调整辊缝调节量，达到预控效果。依据弹性塑性曲线（P-h）图，可得出入口厚度波动△H所对应的辊缝调节量△SFFC:
△SFFC=Q/Km * △H （3）
式中：△SFFC为前馈AGC输出的下机架辊缝调节量；Q为轧件塑性系数；Km为轧机刚度系数；△H为入口厚度偏差。
随着辊缝的调整，通过机架的钢带流量发生变化，这就需要调整前机架速度来保证流量不变，根据秒流量相等原则，可得出：
（vH*+△vH）*(H*+△H)=v**h* （4）
式中：vH*为入口速度设定值，△vH为入口速度调节量，H*为入口厚度设定值，△H为入口厚度波动值，v*为出口速度设定值，h*为出口厚度设定值。
由于vH**H*=v**h* （5）
所以为了消除入口带钢厚度波动△H，忽略高阶项得到上游调节机架速度前馈量：
△vFFC-ENTROY-STAND=-(△H/H*)*vH* (6)
式中：△vFFC-ENTROY-STAND为上一机架速度调节量。在上一机架速度调节过程中，为了满足机架间张力不变，需要对入口S辊进行级联速度调整,由于
vs*/vH*=△vs/△vH (7)
可得出对S辊的速度调节量为：
△vFFC-S=-(△H/H*)*vs* (8)
式中：vs*为S辊速度设定值，vh*为出口速度设定值，△vs为S辊速度变化量，△vH为入口速度变化量， △vFFC-S为前馈速度调节的S辊速度调节量，H*为入口厚度设定值，△H为入口厚度波动值。
由此我们可以得出入口厚度波动越大对辊缝，机架和S辊的调整量越大，系统更不稳定，同样入口厚度设定值越接近真实值，系统的调整越小，系统越稳定。
3.2 反馈式AGC
反馈AGC主要由出口厚度监测仪与辊缝做闭环控制，我们知道测厚仪一般都安装在机架后一段距离，这就造成监测存在一定延时，导致系统闭环控制不稳定，因此引入Smith预估器监控输出预估控制效果。
从弹跳方程我们可以看出为了修正厚度偏差△h，需要当前机架调节量△Sstand
△Sstand=（1+Q/Km）*△h （9）
式中：△Sstand为反馈AGC当前机架调节量，Q为轧件塑性系数，Km为轧机刚度系数，△h为出口厚度偏差。
随着本机架辊缝的变化，需要调整本机架速度用于满足下一机架秒流量，依据秒流量方程：
VH*H=（vh+△vh）*（h+△h） （10）
式中：VH为入口厚度设定值，H为出口厚度设定值，vh为出口速度设定值，h为出口厚度设定值，△h为反馈AGC输出的厚度偏差。
可以得出本机架速度调整量△vh：
△vh= -（△h/h）*vh （11）
式中：△vh为反馈AGC输出本机架速度调整量，△h为反馈AGC输出厚度偏差，h为出口厚度设定值，vh为出口速度设定值。
因为本机架速度的调整会造成入口张力波动，从而需要调整入口S辊速度从而保证机架张力，S辊速度调整量△vs-辊由联立式可得出：
△vs-辊=-（△h/h）*vs-辊 （12）
式中:△h为反馈AGC输出厚度偏差值，h为出口厚度设定值，vs-辊 为S辊速度设定值，△vs-辊为反馈AGC输出S辊速度调节值。
3.3 秒流量AGC
由于监测设备的滞后性，造成控制的延时性，而秒流量AGC的引入对轧机厚度监测具有实时性，这就解决了这一问题。
秒流量方程：
（VH+△VH）*(H+△H)=(vh+△vh)*（h+△h） （13）
式中:VH为机架入口速度实际值，△VH为机架入口速度调整值，H为机架入口厚度设定值，△H为入口厚度偏差值，vh为机架出口速度实际值，△vh为出口速度调节值，h为出口厚度设定值，△h为出口厚度偏差值。
由秒流量方程可得出出口厚度偏差△h：
△h=VH/vh*（H+△H）-h （14）
从而得出秒流量AGC对辊缝调整量△SMFC:
△SMFC=（1+Q/Km）*△h (15)
相应的对本机架速度调整量△vMFC:
△vMFC=-（△h/h）*vh (16)
对S辊的速度级联调整量△vMFC-S:
△vMFC-S=-（△h/h）*vs-辊 （17）
以上式中：Q为轧件塑性系数，Km为机架刚度系数，△h为出口厚度偏差，h为出口厚度设定值，vh为出口速度实际值，△SMFC为秒流量AGC输出辊缝调节量，△vMFC为秒流量AGC输出本机架速度调节量，△vMFC-S为秒流量级联调节S辊速度调节量，vs-辊为S辊速度实际值。
4 柳钢中金顶锋不锈钢有限公司950MM六连轧控制与策略
4.1顶锋950MM六连轧监测仪表布置图
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7套测速辊有两个用途：
（1）.用来测定机架间、入口、出口张力
（2）.用来测定入口、机架后、出口钢带速度
6套测厚仪用于监测入口、1机架出口、2机架出口、3机架出口、5机架出口、6机架出口厚度。
950MM冷连轧模式上有：恒轧制力模式，这种模式机架厚度控制主要靠人把控，受个人操作水平不同，对钢带板面影响比较大，一般不使用；秒流量模式，在秒流量模式下主操可以根据实际生产需要投入或切除某机架以及机架秒流量。另外在机架控制上由于机架入口1,2机架厚度受原料影响波动大，1，2机架有秒流量加前馈AGC，反馈AGC用于最大程度上消除来料厚度偏差。
4.2顶锋950MM六连机架控制图（图3）
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图3 顶锋950MM六连轧控制图
4.2.1 第一机架控制系统
950MM六连轧第一机架因为需要消除来料厚度波动△H控制系统采用前馈AGC、 反馈AGC 、SMITH预估器、 加减速增益（AC/DC）叠加控制辊缝；二机架前馈AGC、二机架反馈AGC以及秒流量用于第一机架速度变化控制，一机架前入口S辊速度是有一机架前馈AGC、反馈AGC以及秒流量MF1结合入口张力控制ATR控制入口S辊速度变化量。
4.2.2 后部机架控制系统
950MM六连轧二到六机架控制系统与第一架控制系统区别是:带材经过第一机架后，进入二机架的厚度误差（设定值和实际值）已经很小， 二到六机架张力是机架间建立起来的恒张力，辊缝控制是由自动张力控制ATR增益和本机架秒流量辊缝变化量以及加减速叠加而成，没有引入前馈AGC与反馈AGC直接叠加辊缝控制。
5 实际控制效果
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图4 6台测厚仪测出厚度偏差值图
图4为速度250加减速以及稳速下，入口来料厚度，机架1厚度，机架2厚度，机架3厚度，机架5厚度，机架6厚度偏差图。
来料规格： 中金J5 620MM×2.0MM；
成品规格: 620MM×0.65MM；
6 结论
从数据中我们可以看出，由前馈AGC,反馈AGC和秒流量控制结合的六机架连轧轧制以后，机架出口厚度波动±0.01MM，达到了控制效果，这套系统整体运行稳定，控制精度，满足生产需求。
参考文献
[1] 宋浩源，陈光，陈甚超，乔健军，王超 1850mm冷连轧机AGC系统算法及控制策略研究 北京首钢冷轧薄板有限公司 北京101304；东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 辽宁 沈阳 110819
[2] 孙一康 带钢冷连轧计算机系统控制[M] 北京：冶金工艺出版社，2002
[3] 朱义国 宝钢1420轧机AGC系统分析[J] 轧钢2003，20（3）：38