毕业设计27板带轧机厚度控制技术Word格式文档下载.docx
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2.3轧机的弹性变形和轧件的塑性变形……………………………………………11
2.41676mm酸洗－冷连轧联合机组HGC系统简介………………………………14
2.4.1HGC系统软、硬件组成………………………………………………………14
2.4.2HGC系统主要组件的参数……………………………………………………15
本章小结…………………………………………………………………………15
3虚拟样机与协同仿真技术………………………………………………………17
3.1虚拟样机技术及其发展历程……………………………………………………17
3.2虚拟样机技术研究与应用概况…………………………………………………18
3.2.1虚拟样机技术研究状况………………………………………………………18
3.2.2虚拟样机技术在产品研发中的应用…………………………………………19
3.2.3虚拟样机技术应用概况………………………………………………………20
3.3基于接口的多领域协同仿真……………………………………………………23
3.3.1基于接口的多领域建模方法…………………………………………………23
3.3.2基于接口的协同仿真运行……………………………………………………24
3.4基于虚拟样机与协同仿真技术的商品化软件——MSC.ADAMS……………25
3.4.1ADAMS软件简介……………………………………………………………25
3.4.2ADAMS软件组成模块………………………………………………………25
本章小结…………………………………………………………………………27
4基于MATLAB/SIMULINK的冷轧机液压辊缝监控系统的建模与仿真……28
4.1HGC系统建模…………………………………………………………………28
4.1.1PI控制器………………………………………………………………………28
4.1.2伺服放大器……………………………………………………………………28
4.1.3电液伺服阀……………………………………………………………………29
4.1.4阀控液压缸及辊系负载………………………………………………………30
4.1.5轧制力传感器…………………………………………………………………37
4.1.6系统开环传递函数……………………………………………………………37
4.2HGC系统动态特性分析………………………………………………………37
4.2.1系统仿真所需主要参数………………………………………………………37
4.2.2HGC系统动态特性的频域与时域分析………………………………………38
4.3影响HGC系统动态特性的因素………………………………………………39
4.3.1伺服阀响应频率的影响……………………………………………………40
4.3.2油缸固有频率的影响………………………………………………………40
4.3.3PI控制参数的影响……………………………………………………………40
本章小结…………………………………………………………………………42
5基于ADAMS/VIBRATION的冷轧机垂直振动模型的研究……………………43
5.1轧机垂直振动简化模型…………………………………………………………43
5.2轧机系统各部分等效质量和等效刚度的计算…………………………………44
5.3使用Pro/Engineer和Mechanical/Pro实现的轧机垂振模型……………………45
5.3.1ADAMS软件接口模块——Pro/E接口模块（Mechanical/Pro）……………45
5.3.2Pro/E和ADAMS的连接………………………………………………………46
5.3.3输出ADAMS数据文件流程…………………………………………………46
5.4冷轧机机架垂振对板带厚度的影响分析………………………………………46
5.4.1基于ADAMS/Vibration的机架垂直振动分析………………………………47
5.4.2轧机颤振对带钢厚度的影响及减振措施……………………………………51
本章小结…………………………………………………………………………52
6HGC系统的机械、液压、控制领域的虚拟样机建模与协同仿真……………53
6.1基于ADAMS/Hydraulics的HGC系统机、液模型的集成方法研究…………53
6.1.1液压系统虚拟样机技术与ADAMS/Hydraulics简介………………………53
6.1.2液压辊缝监控系统的工作原理及模型简化…………………………………56
6.1.31676mm冷轧机液压辊缝监控系统虚拟样机………………………………57
6.1.4样机模型的验证………………………………………………………………61
6.2基于ADAMS/Controls的HGC系统机、液、控模型协同仿真方法研究……62
6.2.1机、液、控模型协同仿真方法介绍………………………………………62
6.2.2ADAMS/Controls求解基本步骤……………………………………………62
6.2.3利用ADAMS和MATLAB/Simulink对HGC系统进行的协同仿真………63
本章小结…………………………………………………………………………72
7结论…………………………………………………………………………73
附录A本钢冷轧厂1676MM四机架酸洗－冷连轧联合机组（CDCM）概况…75
附录B轧机机座等效刚度的MATLAB计算程序…………………………………76
附录C1676MM冷轧机第四机架驱动侧液压辊缝监控系统图…………………79
附录D液压元件主要参数…………………………………………………………80
参考文献…………………………………………………………………………81
1绪论
1.1引言
21世纪世界钢铁工业发展的一个显著特点是钢材市场竞争愈演愈烈，竞争的焦点是高质量、低成本。
随着国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，汽车、机械制造、电器和电子行业对板、带材的质量（主要是板厚和板形的精度）提出了更高的要求。
板厚控制技术已成为板带轧制过程中的关键技术之一[1]，我国近年来从发达国家引进的一些大型的现代化的板带轧机，其关键技术就是高精度的板厚控制系统和板形控制系统。
HGC系统是AGC（厚度自动控制）系统的重要组成部分，其作用是与轧制速度控制系统、带钢张力控制系统一起保证板、带材纵向厚度的均匀性和较高的厚度精度。
随着各行各业对板、带材厚度精度要求的提高，对HGC系统也就提出了更高的要求，而且HGC系统已成为现代化大型冷连轧机中不可缺少的组成部分，其运行状态对产品的质和量都具有重大影响[2]。
由于大型轧机本身诸多因素的限制，轧机在线实验往往很难进行，因此有必要借助计算机仿真的手段，对影响其厚度精度的HGC系统进行仿真分析，分析系统参数变化对轧制厚度及系统品质的影响，以便了解这些因素对板厚精度影响的规律，提出消除或抑制不利影响的方案，最终为系统的优化设计及对轧制过程的参数设定提供参考。
现代高速、高效的板、带材的加工，要求HGC系统能够在最短的时间内实现压下并达到精度要求。
这就要求控制系统满足两点[3]：
一是控制模型的准确性；
二是HGC系统的快速性。
因此，为了给研究对象选择最合理的控制模型，提高执行机构的反应能力，必须对液压辊缝监控的控制算法和执行机构作更深入的研究。
板带材几何尺寸精度包括纵向厚差、横向厚差和板形。
纵向厚差是指以板宽中点处沿轧制方向的厚度之差；
横向厚差是指板、带材同一横断面上，中点与边部的厚度之差，板形直观上讲是指板带材的翘曲程度，实质上是指板、带材内部残余应力沿横向的分布[4]。
本文以带钢纵向厚差为主要研究对象。
1.2板带轧机厚度控制技术的发展历程
板带轧机厚度控制从轧机诞生起，直到由计算机完成各种复杂功能的控制，其发展过程是随着对板、带材尺寸精度要求越来越高而相应发展起来的，板带轧机厚度控制的发展大致可分为以下几个阶段[3]：
第一阶段是上世纪30年代以前的人工操作阶段。
这一阶段的轧机装机水平较低，厚度控制是以手动压下或简单的电动压下移动辊缝方式为主。
单回路调节的自动控制理论尚未应用于控制轧机这类较复杂的机器，对应该阶段的厚度控制尚未形成自动控制。
第二阶段是上世纪30年代到60年代的常规自动调整阶段。
轧制理论从以力学为基础研究轧件变形规律，进入以力学和控制论为基础的轧件与轧机互相作用变形规律统一研究。
该阶段中轧制理论的发展和完善为板带轧机的厚度控制奠定了基础，同时，随着自动调节理论和技术的发展并逐步应用于轧制过程，使轧机的控制步入了常规模拟式调节的自动控制阶段。
单回路的各种调节系统不断涌现，这些自动调整系统的实现，为完善板带轧机的厚度控制提供了先决条件。
20世纪70年代以前，一直采用的是电动压下技术，反应的滞后性是其最主要的缺点，对板厚控制的精度有很大的影响。
从70年代起，液压厚度控制技术（HAGC）的应用，使板厚控制技术产生了重大变革。
HAGC的响应速度比电动AGC快2个数量级以上，因此，使AGC的内环执行机构几乎可以近似为一个比例环节（相对于AGC的响应速度），以实现变等效刚度的控制效果。
由于液压技术与计算机技术的结合，使这一阶段的板厚控制技术大大地向前迈进了一步。
在20世纪最后的十年，世界轧钢技术发展迅速，轧钢生产实现了高度的自动化、连续化和高精度化。
由于对冷轧薄板质量的要求越来越严格，因此计算机控制系统已是冷轧不可缺少的组成部分。
随着液压控制系统的广泛应用加上全部控制都将作用于轧辊—轧件形成的变形区，因此冷轧自动控制系统需满足下列两个要求：
一是高速控制，二是高速通讯。
这个“二高”的特点决定了控制系统应是“快速”分布式计算机控制系统。
各钢铁企业都加快了薄板生产线改造和建设的步伐。
国内外在板形和板厚等控制技术方面取得了许多新的进展，大大提高了板、带材的几何尺寸精度。
伴随着轧制产品尺寸精度的提高，经济效益也大幅度上升。
因此，从20世纪60至70年代完成了轧钢设备的大型化、高速化、连续化和自动化后，80年代以来，轧制技术发展的主要目标是提高轧制精度和性能、降低能耗和增加效率、进一步扩大连续化范围。
通过对轧制过程控制计算机的高精度设定和基础自动化的自动辊缝监控系统的改进，产品厚度精度已经达到了很高的水平。
回顾我国现有大型冷轧机上已应用的厚度控制系统，可归纳为3种基本类型[5]。
（1）用测厚仪信号反馈控制轧机压下或轧机入口侧带钢张力的AGC系统。
70年代，厚度控制系统大多是这类系统，而且是模拟线路的。
按轧机出口侧测厚仪测出
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