涟钢CSP液压活套的PI+ILQ控制

　　0 前言

　　湖南华菱涟源钢铁有限公司CSP(薄板坯连铸连轧)生产线是一条紧凑型热连轧生产线，其七机架精轧机组采用德国西马克公司的1700 mm四辊CVC轧机，精轧机组的一级和二级控制系统均由日本东芝公司开发设计。该热轧生产线2003年l2月建成投产，设计年产量为240万t，并于2005年成功轧制出了世界上第1卷最薄规格(0.78 mm)的热轧板卷。

　　在CSP热连轧机组试轧轧制超薄规格产品的过程中，厚度控制、板形控制与张力控制的耦合作用相当明显，张力波动严重影响产品的尺寸精度和板形质量的现象特别突出，普通活套控制手段无法克服这些内在矛盾。鉴于PID有限的控制精度、NIC(非交互控制)[1] 和鲁棒解耦控制的相对复杂性[2-3] ，设计人员通过反复的分析和调试，决定采用两级控制手段实现液压活套控制：常规PI+ILQ(逆线性二次型)最优控制。PI+ILQ设计方法的实现相对简单而且控制精度较高，ILQ主要具有以下优点[4] ：(1)如果对增益调整系数取极限，则ILQ系统的闭环传递函数渐近趋向于期望的对角阵传递函数，且增益调整系数与时间t无关，因此可以实现动态解耦;(2)能够得到基准最佳增益的解析解;(3)能够得到保证闭环系统最优增益调整系数的下限值。在涟钢热轧厂的实际应用结果表明，PI+ILQ方法是液压活套控制的有效手段。

　　1 CSP热连轧活套的PI+ILQ控制

　　1.1 液压活套儿Q控制

　　其中，L为机架问的距离;E为轧件杨氏弹性模量;f为上游机架的前滑率;J为活套机械的转动惯量;g为活套的传动比;ωT，ωH分别为期望的张力、活套角度响应频率。图1中，τR，τF和θR，θF分别为设定单位张力、反馈单位张力和活套设定角度、反馈角度;τ0，θ0分别为基准单位张力、活套角度;KS1 ，KT分别为张力调节增益系数;Ks2，KA 分别为角度调节增益系数;C为活套角度和张力互作用补偿系数;△vR，△vs分别为主速度和轧制速度修正量;Tv为主速度系统时间常数;F1 ，F2，F3 为活套高度与张力互作用参数;△MR为液压活套转矩修正量;Mo为液压活套基准转矩;K P，K1，为液压伺服控制器比例、积分常数;k，ξ，ωn为液压伺服阀参数。其它为液压活套机械的设备参数。

　　从控制器结构来看，ILQ的控制增益与控制对象自身的参数相关，是一种满足最优条件的极点配置方法。因此在进行ILQ控制器设计时，只要根据钢种和产品规格合理选择控制参数 ωT，ωH，然后精确调整增益系数KS1,KS2，(在此KT ,KA一般取定值)，就完全确定了控制器，并可获得满意的控制精度。在ILQ活套控制系统中采用两个闭环控制回路来实现有效的控制：(1)液压压力控制用于产生一个恒定的带钢张力;(2)套量控制使得机架问带钢长度恒定。