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学术
关于轧机液压AGC系统内模控制的
分析探索
东北大学机械工程与自动化学院交通大学·吴英武摘要：
礼机AGC系统内模控制分析
在科技水平不断提高的推动下，轧机液压压下控制系统正朝着更加精确的方向发展。AGC（即液压板厚自动控制）系统在压制加工中发挥着特别关键的作用，然而，引入机架后测厚仪予以反馈，发现滞后问题较为严重，尤其是低速轧制时更为明显，由变形区出口位置运至测厚仪一般耗用几百mS。这一问题增加了系统的不稳定性，对控制精度的不良影响尤为明显。所以，本文基于轧机液压AGC系统内模控制进行深入分析，以期解决上述问题。
1.AGC系统概述
液压AGC系统是一个综合系统，包含多个厚度自动控制回路，除了液压压下位置闭环及轧制力补偿系绕之外，还包括测厚仪前馈和监控系统等[1]，其主要构成元件包括：1）PI控制器；2) 电液伺服露：3)渡压缸4)轧机负载5）测厚仪 6）位移传感器：7压力传患器[2]。
在成品厚差控制中，液压AGC系统发挥着不可或缺的作用，然而，引入机架后测厚仅予以反馈，发现滞后问题较为严重，所以，在运用液压 AGC系统的间时，如何结合内模控制的运用，便成了业内人士研究的热点间题。
2.内模控制 2.1.优势
在结构方而，内模控制和Smith预估控制之间存在极大的相似之处，其突出特点在于存在一个“内模”的过程模型，通过该模型可实现对控制器的设计与制作。内模控制具有诸多优点，能够实现对纯滞后过程的有效控制和改善，再加上在设计方面融入了调整系统鲁排性的理念，因面大幅提高了内模控制本身所具有的使用价值，为其在工业领域的推广和应用奠定了坚实的基础。
2.2.原理
2.2.1.内模控制系统
- p
85
图1内模控制系统方框图
图1提供了该类系统的一种典型方框图，其中，G’p代表内模，C*c代表内模控制器。对于内模控制器系统面言，其输入一其有两个，一个是外界扰动D（s），另一个是设定值扰动R(s)，下文将予以单独分析；1)R（s) =0，D(s）专0。假设模型准确误，那么便能够得到y=D(s)[1G*c(s)G ~ p(s)], 记为 (1) 如果模型传递函数具有可逆性，那么令G*c(s)=1/ G'p(s)，记为（(2）。（1）式、(2）式联立便可得到y(s)=0，记为（3），由式（3）可知，无论外界扰动出现何种改变，均不会给输出带来影响，即说明了本控制器具有十分理想的免疫外界扰动的功能：2)D(s)=0,R(s)≠0。那么由图 1 可知, y(s)=G*c (s)Gp(s)R(s)=1*Gp(s)R(s)/
G'p(s)，记为（4），由式（4）可知，
假着预
测模型、实际模型二者百分百匹配，那么可实现输出完全复现输入。
2.2.2.内模控制器设计
由于G'p(s)无法实现完全可逆，且 G’p(s)涉及滞后环节，那么它的逆就会涉及超前环节，但是，当G’p(s)涉及非最小相位环节时，那么它的逆便会产生所渭的不稳定环节。所以，可对过程模型进行如下因式分解处理， G' p(s)= G° p+ (s) G’ p-(s), 记为 (5) , (5) 式中G'P+(s)的添盖了全留纯滞后以及右半平面的零点：G’p-(s)则涵益了单位圆内零点，如此一来，便可得到，(s)=f/G'p-(s)，记为(6），式（6）中，f指的是静态增益为1的低通滤波器。
对于内模控制器而言，其原理在于有效分离出模型中的两大因子，一个是纯滞后因子，另一个是非最小相位部分，然后以剩下部分为目标对象，寻求一个近似逆作，并将之作为控制器。这样得到的控制器既是可实现的，也具有理想的稳定性。
滤波器f的常规形式为f=1/[Tf(s)+1]"，记为（7），式（7）中，T，指的是可选为所期望的环时间常数，是参数且为正整数，选用过程中应满足G。(s）为理想的传递函数。
设模型不存在误差，且满足D(s)-0这一条件，那么便可得到y(s)/R(S)= G'p+(s)f，记为（8），由式（8）可知，随着时间常数的不断缩小，那么输出对输入所产生的跟踪滞后则越小。在内模控制中，滤波器能够对系统鲁棉性进行相应调整，其规律是，随着时间常数的增大，系统鲁棒性越是优异。所以，对于某个系统而言，在选用滤波器的过程中，一方面要考虑闭环控制精度，另一方面还应考虑系统鲁棒性，从面做出合理的折中选择。
3.内模控制器在轧机液压AGC系统中的应用在轧机中，引入机架后测厚仪反馈后，滞后
效果相当明显，尤其是低速轧制时更为明显，
由
变形区出口位置送至测厚仪一般耗用几百BS，这一间题增加了系统的不稳定性，对控制精度的不良影响尤为明显，
为控制基至消除上述间题，：
本文尝试引入内
模控制策略，经由仿真试验发现，该傲法确实能够显著提高系统稳定性以及控制精度。以某五连
轧机一机架为例，借助计算机予以仿真分析，得到了如图2所示的液压AGC系统响应曲线[3]。
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图2液压AGC系统响应曾线
闭式机架模型 4.
某闭式机架的主要尺寸信息如下： B=1650nn、R1=100mn、R2=100nm、R7=50mm. K=800mm、BK=4050mm、 H=5000rB,
该机架可当作对称结构对待，因而可取1/4 结构建立模型，考虑到最大应力通常发生在压下螺母孔过渡圆角、机架对称平面二者相交点位置，为实现降低该位置应力值的目的，该圆角将采用所谓的平挖圆弧（详见图3）。在计算时，取E=2.1Mpa，V=0.3（E为弹性模量：V为泊松比），采用SOLID45六面体单元（8节点）以及 SOLID95六面体单元（20节点），与此同时，在两种单元过渡位置采用SOLID92四面体金字塔单
单元总数共计12754个，节点总
元（10节点），
数共计17156个，模型如图4所示，
图3机架示意图 5.结束语
图4机架总体模型
采用液压AGC系统和内模控制有机结合的办法，能够明曼改善液压AGC系统原本存在的大滞后间题，大幅提升其动态品质。
参考文献：
[1]孙孟辉，王益群。
冷带轧机液压
ACC系统板厚控制策略研究[J]. 动，2010,10:1517.
液压与气
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[3]王希娟，冯录景晓，韦炜，
预测控制在
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重型机
中国机械Machine China 225