高精度铝箔轧制厚度控制策略的研究与应用

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厚度精度是铝箔产品质量的主要衡量指标之一,提高厚度控制精度的策略一直是铝箔轧制过程自动化研究的热点。本文以某铝加工企业板带箔生产线建设项目为背景,以提高铝箔产品的厚度精度为出发点,对铝箔轧制过程中的厚度控制内环、铝箔坯料厚度控制策略、铝箔厚度控制策略等进行了研究,开发了铝箔轧制过程中的综合厚度控制系统并应用于生产,取得了良好的控制效果。主要研究内容如下:  (1)分析了铝箔轧制过程中主要厚度控制内环的结构和功能。对液压压下系统的位置控制闭环和轧制力控制闭环进行了深入研究,为了提高液压压下系统的动态响应速度和静态控制精度,给出了伺服蝶形补偿、油压缩补偿和伺服零偏补偿等控制策略。阐述了间接恒张力控制策略,给出了瞬时卷径、摩擦转矩和转动惯量等关键参数的精确获取方法。  (2)结合生产线特殊仪表配置,设计并建立了铝箔坯料轧制的厚度控制系统。考虑监控AGC系统存在纯滞后环节的特点,采用Smith预估控制策略进行补偿。分析了轧辊偏心导致厚度计AGC产生误调节的问题,给出了相应的轧制力偏心滤波方案。针对多种AGC共存时的相关性问题及厚度-张力解耦问题,通过优化改进厚度控制算法和控制结构,实现了厚度控制的非相关和张力的同步解耦控制。为了进一步提高厚度控制精度,对轧机刚度和轧件塑性系数等关键参数完成了在线实时计算,并提出了轧制效率补偿和轧辊偏心补偿控制策略。  (3)针对铝箔轧制的特点和现场实际情况,设计并建立了铝箔轧制的厚度控制系统。对轧制力AGC和张力AGC进行了Smith预估控制补偿,针对张力调节量振荡影响轧制过程稳定进行的问题给出了张力自适应控制方案,并实现了轧制速度AGC的变加速度控制。单个厚度控制器工作时经常出现溢出现象,采用主控制器和优化控制器的联合控制实现了厚度控制中的优化控制。为了获得最大的产量,提出了速度最佳化控制和目标厚度自适应控制策略。  (4)将模糊自适应控制和广义预测控制引入到辊缝型监控AGC系统,并对其进行了深入研究。建立了液压辊缝控制系统的理论模型,采用参数模型辨识方法获得了精确的液压辊缝控制系统模型,并在此基础上建立了常规Smith预估监控AGC系统模型。为了提高系统的鲁棒性,弥补常规Smith预估监控AGC系统对模型误差比较敏感的不足,分别设计了基于模糊自适应Smith预估控制和广义预测控制的监控AGC系统,并对其进行了仿真研究。  (5)采用现场实际曲线分析了厚度内环控制和各种厚度控制策略的控制效果,对厚度控制系统的效果作出了有说服力的评价。  本文的研究结果针对铝箔轧制过程中的厚度控制,具有较强的实用性。目前,已将这些厚度控制策略成功应用于某铝加工企业的板带箔生产线,对我国铝箔轧制控制水平的提高具有积极的促进作用。
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