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东北大学硕士学位论文
摘 要
带钢卷取机对边纠偏控制系统研究
摘 要
带钢卷取机是轧钢生产线上的重要设备。带钢卷取机对边纠偏控制系统性能
的好坏直接关系到钢卷边部能否对齐,进而影响带钢的包装,运输及随后的工艺
处理。因此带钢卷取机的对边纠偏控制是确保连续、安全、高效生产的关键技术
措施。对卷取机对边纠偏控制系统进行研究和改进是极为必要的。
目前在带钢卷取机对边纠偏控制系统研究及应用中主要使用PID控制算法,
其控制系统数学模型中往往忽略由检测器安装位置引起的时滞对控制系统性能的
影响。为了消除这个模型误差,文中重新建立了对边纠偏系统数学模型,以检测
点位置到卷筒纠偏点之间的时滞作为参考模型。
使用 MATLAB/Simulink软件,本文分别用 PID参数自寻优算法和神经网络
PID模型参考自适应算法对对边纠偏系统做了仿真分析。在这两种控制方法的控
制性能的仿真过程中,分别对系统在无干扰力输入、有干扰力输入、正弦波输入
和系统参数变化的情况下二者的控制性能对了对比。仿真结果表明:在系统内部
参数变化较慢,数值变化较小的情况下,二者的控制效果都很好,控制输出能紧
密跟随输入信号。在参数变化较大的情况下,神经网络 PID模型参考自适应因为
具有自适应能力,能取得更好的控制效果。神经网络 PID模型参考自适应方法甚
至在参考模型参数发生变化和液压系统固有频率都发生变化的情况下,仍具有较
好的鲁棒性。
本文以西门子 S7-200系列 PLC为控制器,为对边纠偏控制系统设计了手动
工作方式和自动工作方式程序,使神经网络 PID 模型参考 自适应控制方法能在
PLC上运行 。
关键词: 对边纠偏;卷取机 ;PID; 自寻优:神经 网络;模型参考 自适应:PLC
东北大学硕士学位论文
Abstract
The Study of Steel Strip Edge Guiding Control
System on the Coiler
Abstract
Steel strip coilers are the important equipments on the production lines of steel
rolling. The quality of edge guiding control systems ensures coils with straight lateral
surfaces, which prevents damage to strip edges during further package, transport and
handling. Thus, edge guiding control system on the coiler is one of the key
technologies to ensure continuous, safe and efficient production process. It is
imperative to investigate and improve edge guiding control system on the coiler.
At present, PID control is generally used in study and application of edge
guiding system, whose mathematical model usually neglect the effect of time-lag
caused by detector mounting position. The paper has reconstructed the mathematical
model of edge guiding system to eliminate time-lag, which has employed time-lag
model between detector mounting position and reel rectification point as its reference
model.
The paper has simulated the performance of PID parameter optimization control
and neural PID MRAC control in MATLAB/Simulink. Performance of two control
methods has been individually compared under such conditions as no disturbing force
input, existing disturbing force input, sine wave input and changing inner parameters.
The result of simulation indicates that both of the two methods perform well, and
output curve of the system can follow ideal curve closely under slow and small inner
parameter changing. However, neural PIT) MRAC method can also achieve a good
performance under big parameter changing of reference model and natural frequency,
which shows good robustness of the method.
The paper designs program for manual mode and auto model of edge guiding
system based on Siemens S7-200 PLC, which makes neural PID MRAC method run
on PLC.
Key word: edge guiding; coiler; PID; optimizing; neural network; MRAC; PLC
III
东北大学硕士学位论文 第一章 绪 论
系多、速度高,带钢的跑偏是不可避免的。实现带钢卷自动卷齐,可以使钢卷立
放,便于中间多道工序的生产,并可大量减少钢带边缘的剪切量而提高成品率,
使成品钢卷边缘整齐,方便带卷的包装、运输及使用。带钢卷取机纠偏控制成了
确保连续、安全、高效生产的关键技术措施。因此,对卷取机纠偏控制系统进行
研究和改进是极为必要的。
1.2带钢跑偏的原因
带钢在运送辊子上行走,只要带钢和辊子表面有接触,并在一定的摩擦阻力
界限之内,那么在带钢上的各点,就会和辊子的中心线成直角行走,带钢的张力
是平均分布的。即当带钢靠上辊子时,带钢就会垂直于辊子的中心线行走。如果
运送辊子之间是相互平行,带钢与辊子之间接触在摩擦阻力界限之内,带钢平直,
断面厚薄均匀,则作用在带钢上的张力分布均匀,这样,带钢在辊子上行走就不
会“跑偏”,只能保持在运行的轨道中心,无侧向位移.
但由于以下几点原因,实际上在带钢运送中还是会发生“跑偏”[61
(1) 带钢断面不均匀的影响。如果带钢断面不均匀,带钢两边厚薄不一,带
钢本身就成了镰刀弯形状,而带有镰刀弯的带钢上的各点,也趋向于与辊子中心
线成直角,引起了跑偏。这种镰刀弯形状带钢在平行运送辊子上引起的带钢的跑
偏,其跑偏量与镰刀弯的程度,带钢张力的大小和两个运送辊子之间的间距大小
有关 。
(2) 辊子几何形状的影响。辊子在加工中有可能呈锥形,或者圆柱形辊,在
长期运行中由于单边磨损大,而呈锥形。由于锥形辊子使带钢张力分布不均匀,
使带钢总是向辊子粗的一端跑偏。锥度小,带钢张力分布不均匀程度小;锥度大,
带钢张力分布不均匀度大,带钢边缘跑偏越大。所以锥度的大小影响了跑偏的速
度 。
(3) 运送辊子轴向不平行的影响。如果带钢在两个互不平行的运送辊上运
行,但带钢总是有要与辊子成直角趋势,就产生了跑偏。
(4) 辊面质量的影响。传送带材的辊子表面的质量也影响带材的跑偏,辊子
表面的粗糙程度不一,带有螺纹形的橡胶辊,或者镀层的辊子,都同样会使带钢
边缘跑偏。
(5) 两端压力不均的橡胶夹送辊。如果带钢在两根互相受压不均的橡胶辊之
间夹送时,则会产生于锥形辊子上相似的效应,带钢倾向于向压力较小、夹送辊
开口大的一端偏移。
(6) 来料钢卷的影响。来料钢卷边缘参差不齐,或成塔形,都对带钢运行是
一 2 一
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