一種基於AMESim的軋機輥縫控制模型的製作方法

2023-11-10 19:35:06

本發明涉及冷軋帶鋼生產技術領域，具體地說，涉及一種基於AMESim的軋機輥縫控制模型。

背景技術：

AGC其主要功能是計算出軋制時的負載輥縫，傳遞給液壓伺服輥縫控制HGC進行輥縫控制，進而保持軋制過程中輥縫恆定。萬能軋機輥AGC技術可以看成為板帶軋機AGC的移植，但由於H型鋼的翼緣和腹板尺寸測量準確較為困難，所以只採用GM-AGC(Gaugemeter Automatic Gauge Control)。GM-AGC控制的基本思想是將軋機機架本身作為測厚儀，通過對機架的輥縫和軋制力進行測量，通過控制模型間接地對型鋼厚度進行測量。萬能軋機採用AGC和HGC技術，考慮了機架變形量，採用高響應的液壓伺服控制系統，可以快速、精確的控制輥縫，這樣可以保證即使軋件入口端即使存在尺寸偏差，也能保證軋件實際出口尺寸以目標尺寸非常小的尺寸偏差。

但是，對於這種高精度要求的軋機輥縫控制系統的系統設計驗證非常複雜，生產出實際的軋機並做相關試驗測試工作卻是非常的昂貴。AMESim軟體是LMS公司的一款多學科領域複雜系統建模仿真平臺軟體，用戶可以在這個單一平臺上建立複雜的多學科領域的系統建模，並在此基礎上進行仿真計算和深入分析，也可以在這個平臺上研究任何元件或系統的穩態和動態性能。採用單元模塊搭建工程系統的方式，使用戶可以在模型中描述所以系統和零部件的功能，而不需要書寫任何程序代碼，大大簡化了設計、驗證複雜程度。

本發明根據此問題，通過AMESim軟體搭建軋機輥縫控制仿真模型，在此平臺上可以很精確的仿真實際的系統精度等靜、動態特性。該模型實現軋機輥縫的有效控制，提供一套基於AMESim軋機輥縫控制仿真模型。本發明所述的模塊化仿真模型清晰簡明、易於組合調試，大大節約了系統設計時間，為設計和產品搭建了橋梁。

技術實現要素：

本發明提供一種基於AMESim的軋機輥縫控制模型，包括輥縫運算控制單元(A)、上輥控制單元(B)、下輥控制單元(C)、上輥液壓單元(E)、下輥液壓單元(F)、上機座單元(G)、下機座單元(H)、負載單元(K)，上輥液壓單元包括上伺服閥以及由上伺服閥控制的上液壓缸，下輥液壓單元包括下伺服閥以及由下伺服閥控制的下液壓缸，所述控制模型採用絕對控制模式或相對控制模式獲得上液壓缸活塞杆設定位移以及下液壓缸活塞杆設定位移，上液壓缸活塞杆設定位移在上輥控制單元經上線反饋係數、上伺服放大係數處理後作為上伺服閥輸入電流，通過上輥液壓單元控制上軋輥的動作量，下液壓缸活塞杆設定位移在下輥控制單元經下線反饋係數、下伺服放大係數處理後作為下伺服閥輸入電流，通過下輥液壓單元控制下軋輥的動作量，從而將負載單元的軋件軋製成設計厚度，並分別推動上機座、下機座變形，上液壓缸活塞杆、下液壓缸活塞杆的實際位移均傳遞給輥縫運算控制單元進行閉環控制，其中，在絕對控制模式下，輥縫運算控制單元接收輥縫指令，並與原始輥縫比較後得到輥縫輸出基準值，輥縫輸出基準值進一步與分配係數計算後得到上液壓缸活塞杆設定位移以及下液壓缸活塞杆設定位移，並分別傳送給上、下輥控制單元；在相對控制模式下，在上輥控制單元中輸入對應軋件厚度的上軋制力，作為上軋制力鎖定值，並利用實際軋制力與上軋制力鎖定值的差值結合上機座剛度係數運算得到上液壓缸活塞杆設定位移，在下輥控制單元中輸入對應軋件厚度的下軋制力，作為下軋制力鎖定值，並利用實際軋制力與下軋制力鎖定值的差值結合下機座剛度係數運算得到下液壓缸活塞杆設定位移。

優選地，所述上液壓缸活塞杆設定位移還經過如下修正處理：輥縫輸出基準值與上分配係數計算後與上液壓缸活塞杆位移計算差值得到上一修正值，所述上一修正值與上軋制力鎖定位移計算差值得到上二修正值，所述上液壓缸活塞杆設定位移與上二修正值計算差值得到最終的上液壓缸活塞杆設定位移；所述下液壓缸活塞杆設定位移還經過如下修正處理，輥縫輸出基準值與下分配係數計算後與下液壓缸活塞杆位移計算差值得到下一修正值，然後，下一修正值與下軋制力鎖定位移計算差值，得到下二修正值，所述下液壓缸活塞杆設定位移與下二修正值計算差值得到最終的下液壓缸活塞杆設定位移。

優選地，根據上輥液壓單元中的上液壓缸活塞腔壓力、上液壓缸活塞杆腔壓力計算出上實際軋制力，並用上實際軋制力結合上機座剛度係數得到上機座位移並發送給輥縫運算控制單元的對應接口；根據下輥液壓單元中的下液壓缸活塞腔壓力、下液壓缸活塞杆腔壓力計算出下實際軋制力，並用下實際軋制力結合下機座剛度係數得到下機座位移並發送給輥縫運算控制單元的對應接口。

優選地，輥縫運算控制單元接收上機座位移信息，並將上機座位移與上液壓缸活塞杆位移量差值運算，其計算結果結合轉換係數，得到上輥修正值；輥縫運算控制單元接收下機座位移信息，並將下機座位移與下液壓缸活塞杆位移量差值運算，其計算結果結合轉換係數，得到下輥修正值，上輥修正值和下輥修正值相疊加得到輥縫修正值，輥縫修正值與輥縫輸出基準值進行差值計算得到液壓缸活塞杆位移總量，液壓缸活塞杆位移總量與分配係數計算得到上液壓缸活塞杆設定位移以及下液壓缸活塞杆設定位移。

優選地，所述輥縫修正值與原始輥縫進行差值計算，得到輥縫反饋。

優選地，還包括控制模式切換單元，控制模式切換單元分別與上輥控制單元、下輥控制單元相連，控制模式切換單元接收到切換指令，從而控制上輥控制單元、下輥控制單元同時切換到同一控制模式。

附圖說明

通過結合下面附圖對其實施例進行描述，本發明的上述特徵和技術優點將會變得更加清楚和容易理解。箭頭表示信號傳遞方向

圖1是本發明實施例涉及的軋機輥縫控制仿真模型結構連接圖；

圖2是本發明實施例涉及的軋機輥縫控制仿真模型的連接示意圖；

圖3是本發明實施例涉及輥縫運算控制單元A的示意圖；

圖4是本發明實施例涉及的控制模式切換單元D的示意圖；

圖5是本發明實施例涉及的上輥控制單元B的示意圖；

圖6是本發明實施例涉及的下輥控制單元C的示意圖；

圖7是本發明實施例涉及的上輥液壓單元E的示意圖；

圖8是本發明實施例涉及的下輥液壓單元F的示意圖；

圖9是本發明實施例涉及的上機座單元G的示意圖；

圖10是本發明實施例涉及的下機座單元H的示意圖；

圖11是本發明實施例涉及的負載單元K的示意圖。

具體實施方式

下面將參考附圖來描述本發明所述的基於AMESim的軋機輥縫控制模型的實施例。本領域的普通技術人員可以認識到，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以用各種不同的方式或其組合對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質上是說明性的，而不是用於限制權利要求的保護範圍。此外，在本說明書中，附圖未按比例畫出，並且相同的附圖標記表示相同的部分。

本發明所公開的基於AMESim的軋機輥縫控制模型，搭建了整體軋機輥縫控制結構，包括輥縫運算控制單元A、控制模式切換單元D、上輥控制單元B、下輥控制單元C、上輥液壓單元E、下輥液壓單元F、上機座單元G、下機座單元H、負載單元K共9個單元模塊。該模型包括絕對控制模式和相對控制模式，在兩種模式下均可以實現軋件厚度的自動控制。其中，絕對控制模式的定義是根據輥縫控制指令的輸入直接驅動上下液壓缸，並把上下液壓缸的位移進行反饋閉環控制的控制模式。相對控制模式的定義是軋制過程中根據實際軋制力產生實際變形量，上下液壓缸運動對此機架變形量計算進行閉環控制，並隨時進行輥縫調整的控制模式。下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步的詳細說明。

控制模式切換單元D的D2接口與上輥控制單元B的對應接口B5相連；D1接口與下輥控制單元C的對應接口C1相連，從而控制上輥控制單元B、下輥控制單元C同時切換到同一控制模式。控制模式切換單元D接收到切換指令D01後，將控制模式切換為絕對控制模式或相對控制模式。

在絕對控制模式下，輥縫運算控制單元A接收輥縫指令A01，並與原始輥縫A02比較後得到輥縫輸出基準值，並通過A5接口將輥縫輸出基準值傳輸給上輥控制單元B的B6接口；通過A4接口將輥縫輸出基準值傳輸給下輥控制單元C的C8接口。輥縫輸出基準值還與輥縫修正值(在下文中計算說明)進行比較計算得到液壓缸活塞杆位移總量，液壓缸活塞杆位移總量進一步與分配係數A03計算後得到上液壓缸活塞杆設定位移、下液壓缸活塞杆設定位移。上液壓缸活塞杆設定位移再由A6接口傳輸給上模式切換開關B07的B3接口；下液壓缸活塞杆設定位移由A3接口傳輸給下模式切換開關C07的C3接口。當B5接口控制上輥控制單元B由B3接口控制時，且C1接口控制下輥控制單元C由C3接口控制時為絕對控制模式。

在絕對控制模式下，上輥控制單元B的B3接口接收到上液壓缸活塞杆設定位移後經過上線反饋係數B08、上伺服放大係數B09等運算後變為伺服閥輸入電流。進一步地，伺服閥輸入電流B7經E6接口調節上液壓缸伺服閥E07、上液壓缸伺服閥E08的輸出流量，E04是上液壓缸活塞腔，E02是上液壓缸活塞杆腔。也就是調節流入上液壓缸活塞腔E04的液壓流量，從而調節上液壓缸推動上軋輥E03的動作量。接著，負載單元K的軋件被軋制設計厚度，同時推動上機座變形，上液壓缸活塞杆位移傳感器E01把此活塞杆位移傳遞給輥縫運算控制單元A進行閉環控制。負載單元K發送的負載力指令K01經負載力傳遞K02分別傳遞給上輥液壓單元、下輥液壓單元。具體說，K2接口與上輥液壓單元的E2相連，K1接口與下輥液壓單元的F4接口相連。E4為上液壓缸傳遞給上機座的力，與上機座單元G的對應接口G1相連，上機座單元G等效上機座。

下輥控制與上輥控制類似，下輥控制單元C的C3接口接收到下液壓缸活塞杆設定位移後經過下線反饋係數C08、下伺服放大係數C09等運算後變為伺服閥輸入電流。進一步地，伺服閥輸入電流C7經F6接口分別調節下液壓缸伺服閥F07、下液壓缸伺服閥F08的輸出流量，F02是下液壓缸活塞腔，F04時下液壓缸活塞杆腔。也就是調節流入下液壓缸活塞腔F04的液壓流量，從而調節下液壓缸推動下軋輥F03的動作量。接著，負載單元k的軋件被軋制設計厚度，同時推動下機座變形，下液壓缸活塞杆位移傳感器F01把此活塞杆位移傳遞給輥縫運算控制單元A進行閉環控制。F4為負載力，與負載單元K對應接口K1相連，F2為下液壓缸傳遞給下機座的力，與下機座單元H的對應接口H1相連，下機座單元H等效下機座。

而在相對控制模式下，上輥控制單元B中，模型給出對應軋件厚度的軋制力，並把軋制力輸入到上軋制力鎖定值B04中；進一步，上輥液壓單元E中，根據上液壓缸活塞腔壓力傳感器E05、上液壓缸活塞杆腔壓力傳感器E06計算出實際的軋制力，這樣實際的軋制力減去上軋制力鎖定值後經過運算得到活塞杆需要位移；進一步，把此值經過上輥控制單元B接收到此值後經過上線反饋係數B08、上伺服放大係數B09等運算後變為伺服閥輸入電流驅動上輥液壓單元E中上液壓缸移動相應位移，上液壓缸活塞杆位移傳感器E01把此活塞杆位移傳遞給輥縫運算控制單元A進行閉環控制。

下面詳細說明相對控制模式產生過程，B1接口與上輥液壓單元E對應接口E5相連，接收上液壓缸上腔(活塞腔)的壓力傳感器值；B8接口與上輥液壓單元E對應接口E1相連，接收上液壓缸下腔(活塞杆腔)的壓力傳感器值；上腔和下腔的壓力差值結合上活塞有效作用面積B02、上壓力轉換係數B01計算得到實際軋制力，實際軋制力與上機座剛度係數B03計算得到上機座位移，並經B2接口傳輸到A7接口。實際軋制力減去上軋制力鎖定值後與上機座剛度係數B03得到上液壓缸活塞杆設定位移。輥縫輸出基準值與上分配係數B05計算後與上液壓缸活塞杆位移B4計算差值得到上一修正值，然後，上一修正值與上軋制力鎖定位移B06計算差值，得到上二修正值，上液壓缸活塞杆設定位移與上二修正值計算差值得到最終的上液壓缸活塞杆設定位移。上液壓缸活塞杆設定位移經上線反饋係數B08、上伺服放大係數B09等運算後變為伺服閥輸入電流。

下輥控制與上輥控制類似。根據下液壓缸活塞杆腔壓力傳感器F05、下液壓缸活塞腔壓力傳感器F06計算出實際的軋制力，C5接口與下輥液壓單元F對應接口F1相連，接收下液壓缸上腔(活塞杆腔)的壓力傳感器值；C6接口與下輥液壓單元F對應接口F5相連，接收下液壓缸下腔(活塞腔)的壓力傳感器值；上腔和下腔的壓力差值結合活塞有效作用面積C01、下壓力轉換係數C02計算得到實際軋制力，實際軋制力與下機座剛度係數C03計算得到下機座位移，並經C4接口傳輸到A2接口。實際軋制力減去下軋制力鎖定值C04後與下機座剛度係數C03得到下液壓缸活塞杆設定位移，輥縫輸出基準值與下分配係數C05計算後與下液壓缸活塞杆位移C2計算差值得到下一修正值，然後，下一修正值與下軋制力鎖定位移C06計算差值，得到下二修正值，下液壓缸活塞杆設定位移與下二修正值計算差值得到最終的下液壓缸活塞杆設定位移。下液壓缸活塞杆設定位移經下線反饋係數C08、下伺服放大係數C09等運算後變為伺服閥輸入電流。

此外，輥縫輸出基準值在與分配係數A03計算之前，先與輥縫修正值進行比較計算，下面具體說明輥縫修正值的產生過程。

A9接口接收上液壓缸活塞杆位移傳感器反饋，並通過A1接口將上液壓缸活塞杆位移反饋給上輥控制單元B的B4接口。A7接口與上輥控制單元B的B2接口相連,接收上機座位移。上機座位移與A9接口傳輸過來的上液壓缸活塞杆位移量比較運算，其計算結果經過轉換係數A05，得到上輥修正值。

同樣地，A10接口接收下液壓缸活塞杆位移傳感器反饋，A8接口與下輥控制單元C的對應接口相連。A2接口與下輥控制單元C的C4接口相連，接收下機座位移。下機座位移與A10接口傳輸過來的下液壓缸活塞杆位移量比較運算，其計算結果經轉換係數A05，得到下輥修正值。

上輥修正值和下輥修正值相疊加得到輥縫修正值，輥縫修正值與原始輥縫A02進行比較計算，得到輥縫反饋A04。並且輥縫修正值還與輥縫輸出基準值進行比較計算得到液壓缸活塞杆位移總量。液壓缸活塞杆位移總量與分配係數計算得到上液壓缸活塞杆設定位移以及下液壓缸活塞杆設定位移。

本發明基於AMESim軟體，建立軋機輥縫控制模型，採用絕對控制模式和相對控制模式實現軋機輥縫的有效控制，其控制邏輯清晰簡明、易於組合調試，大大節約了系統設計時間。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。