轧制过程自动化技术

2009-1  

郑申白、史东日、 马劲红 化学工业出版社 (2009-01出版)  

郑申白，史东日，马劲红 著  

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本书适应轧制技术发展的需要，结合作者多年的教学，研究，实践经验，全面介绍了国内外轧钢生产过程自动化的技术内容，主要包括轧制过程计算机配置与应用、轧机调速、厚度控制、张力分析。板形控制、位置控制、温度模型、计算机仿真等方面的系统结构和控制过程。在张力连轧部分，专门介绍了用代数方法直接确定张力大小的稳态张力计算公式。书中力求反映轧制自动化的新技术和新成就，介绍了利用MATLAB/Simulink开发连轧过程模块化动态仿真软件的最新研究成果。 本书既可供从事有关轧制过程自动化工程的技术人员参考，也可作为高校“材料成型与控制”专业轧制方向的本科生及研究生的教材。 近十年来国内轧钢企业的规模和技术水平提升很快，新上的车间基本上实现了用自动化技术进行轧制生产过程的控制。轧制过程自动化涉及计算机的应用与传感器、控制器、执行器、电力拖动等硬件，也涉及轧制理论、控制理论模型等多学科专业知识。从机械角度来看，所有硬件动作都有惯性，在控制信号执行时产生滞后或超调，而且在重负荷下易于振荡失稳。而计算机则有运算及传递的时间耽搁，这些都使系统控制出现不同的响应过程。 实际上，工艺选择水平高低、设备制造安装好坏、机电设备参数调整好坏、压下规程制定、计算机模型算法、计算机控制结构、通信速度都会影响轧制系统的操作稳定性和产品精度。为用好现代轧制设备，十分需要深入理解与自动化设备相关的计算机控制原理、轧制过程控制与设备特性分析。 为能反映轧制控制领域的基本技术与工作原理，本书第1章简要介绍了轧制过程自动化的基本知识。第2、3章介绍了现代轧制过程计算机控制系统及轧件跟踪方面的一些内容，以帮助读者了解现代轧钢车间计算机的应用。第4、5章从控制理论及机械设备的动态响应入手，介绍拖动系统时域微分方程的建立与时域输出响应的推导过程，为探讨重负荷下减少振荡干扰提供思路，从而对其他惯性过程分析时有所借鉴。第6章介绍厚度控制系统，对生产常用压力厚度计的复杂闭环控制方案加以总结。第7章首先指出传统张力概念及张力公式的不足，之后介绍笔者从运动力学原理出发，依据设备速度条件，推导出的由轧前工艺参数预测连轧后稳态张力的计算方法。第8章介绍板厚控制原理，对近年实践检验证明比较实用的板形CVC调整算法作了较为详细的介绍。第9、10章为位置控制和轧机传动系统的扭振。第11章专门介绍轧制过程计算机模块化仿真研究进展，强调了仿真平台选择的重要性和目前轧制动态模型存在的缺陷。 本书写作宗旨在于突出以往重视不够，而现场分析问题又急需的内容。这对已经掌握轧制工艺但缺少控制方面知识的人员来说，正好补充理论的不足，提高在现代连轧车间解决各种控制方面工程技术问题的能力。希望本书对推进国内轧钢自动化生产起到积极的作用。 书中第1、2、4、6、7、11章由郑申白编写，第3、9、10章由史东日编写，第5、8章由马劲红编写。 书中不当之处难免，恳请读者批评指正。

　　《轧制过程自动化技术》适应轧制技术发展的需要，结合作者多年的教学，研究，实践经验，全面介绍了国内外轧钢生产过程自动化的技术内容，主要包括轧制过程计算机配置与应用、轧机调速、厚度控制、张力分析。板形控制、位置控制、温度模型、计算机仿真等方面的系统结构和控制过程。在张力连轧部分，专门介绍了用代数方法直接确定张力大小的稳态张力计算公式。书中力求反映轧制自动化的新技术和新成就，介绍了利用MATLAB/Simulink开发连轧过程模块化动态仿真软件的最新研究成果。　　《轧制过程自动化技术》既可供从事有关轧制过程自动化工程的技术人员参考，也可作为高校“材料成型与控制”专业轧制方向的本科生及研究生的教材。　　近十年来国内轧钢企业的规模和技术水平提升很快，新上的车间基本上实现了用自动化技术进行轧制生产过程的控制。轧制过程自动化涉及计算机的应用与传感器、控制器、执行器、电力拖动等硬件，也涉及轧制理论、控制理论模型等多学科专业知识。从机械角度来看，所有硬件动作都有惯性，在控制信号执行时产生滞后或超调，而且在重负荷下易于振荡失稳。而计算机则有运算及传递的时间耽搁，这些都使系统控制出现不同的响应过程。　　实际上，工艺选择水平高低、设备制造安装好坏、机电设备参数调整好坏、压下规程制定、计算机模型算法、计算机控制结构、通信速度都会影响轧制系统的操作稳定性和产品精度。为用好现代轧制设备，十分需要深入理解与自动化设备相关的计算机控制原理、轧制过程控制与设备特性分析。　　为能反映轧制控制领域的基本技术与工作原理，《轧制过程自动化技术》第1章简要介绍了轧制过程自动化的基本知识。第2、3章介绍了现代轧制过程计算机控制系统及轧件跟踪方面的一些内容，以帮助读者了解现代轧钢车间计算机的应用。第4、5章从控制理论及机械设备的动态响应入手，介绍拖动系统时域微分方程的建立与时域输出响应的推导过程，为探讨重负荷下减少振荡干扰提供思路，从而对其他惯性过程分析时有所借鉴。第6章介绍厚度控制系统，对生产常用压力厚度计的复杂闭环控制方案加以总结。第7章首先指出传统张力概念及张力公式的不足，之后介绍笔者从运动力学原理出发，依据设备速度条件，推导出的由轧前工艺参数预测连轧后稳态张力的计算方法。第8章介绍板厚控制原理，对近年实践检验证明比较实用的板形CVC调整算法作了较为详细的介绍。第9、10章为位置控制和轧机传动系统的扭振。第11章专门介绍轧制过程计算机模块化仿真研究进展，强调了仿真平台选择的重要性和目前轧制动态模型存在的缺陷。

第1章 绪论11.1 轧制过程自动化基本知识11.2 轧制技术的现状11.3 轧制过程自动化发展3第2章 轧制过程计算机控制系统52.1 轧制过程计算机控制的发展52.2 轧制生产自动化的特点72.3 轧制计算机控制系统的基本结构82.4 过程控制计算机应具备的功能102.5 轧制过程控制计算机的基本内容和功能132.5.1 L1操作计算机控制系统的功能142.5.2 L2级计算机轧制过程数学模型182.5.3 L3级生产控制级作业内容192.6 控制计算机系统的几种算法232.6.1 过程控制计算机专用控制程序232.6.2 自学习与自适应算法252.6.3 动态设定(穿带自适应)模型292.6.4 神经网络及其应用292.6.5 模糊控制322.7 模拟轧钢33第3章 轧件跟踪343.1 轧制生产线上的数据区及数据流动343.1.1 原始数据区及其数据的输入343.1.2 轧件跟踪的方法373.2 板带钢连轧生产线上轧件的跟踪383.2.1 跟踪区域的划分和跟踪功能383.2.2 加热炉入口侧板坯跟踪393.2.3 加热炉处的板坯跟踪413.2.4 轧制线上轧件的跟踪43第4章 装置自动控制系统444.1 自动控制系统的基本组成和控制原理444.1.1 控制系统的基本形式444.1.2 闭环控制系统的基本组成和作用474.1.3 自动控制的传递函数484.2 自动控制系统的基本要求50第5章 轧机拖动系统的转速控制525.1 轧机拖动系统动力学基础525.1.1 轧机拖动系统动力学方程525.1.2 对主传动电机的要求575.2 轧机的调速范围585.2.1 电机调速范围的要求585.2.2 对静差率及控制系统精度要求585.2.3 轧制过程对动态品质的要求615.2.4 主传动速度制度的要求655.2.5 对其他方面的要求655.3 带钢连轧机主传动系统调速665.3.1 连轧机主传动系统的速度特性665.3.2 VCM系统模拟调速方法665.3.3 主传动系统速度的数字给定控制器69第6章 厚度自动控制706.1 板带钢厚度的变化规律706.1.1 板带钢厚度波动的原因706.1.2 轧制过程中厚度变化的基本规律716.2 厚度自动控制的基本形式及其控制原理736.2.1 用测厚仪的反馈式厚度自动控制系统746.2.2 厚度计式厚度自动控制系统766.2.3 前馈式厚度自动控制系统806.2.4 张力式厚度自动控制系统816.2.5 可变刚度控制826.2.6 AGC厚度控制补偿866.3 带钢热连轧精轧机组的厚度自动控制876.3.1 精轧机组DDCAGC系统的基本组成876.3.2 AGC系统的控制框图及其控制运算89第7章 连轧张力和活套控制967.1 轧制过程中张力的作用及其计算967.1.1 前后张力和作用967.1.2 张力的理论计算模型987.2 活套支撑器1017.2.1 机架间恒张力活套的力矩计算1047.2.2 活套支撑器的使用1067.2.3 连轧时活套支撑器的自动控制系统1077.3 轧机出口到卷曲张力的控制方法1107.3.1 间接法控制张力的基本原理1117.3.2 直接法控制张力的基本原理1147.4 型钢连轧时的微张力自动控制1157.5 热连轧时的无活套轧制1177.5.1 无活套轧制的提出1177.5.2 双机架的微张力控制系统1187.5.3 无活套支撑器的微张力控制118第8章 带钢的板形自动控制1208.1 板形理论1208.1.1 板形的数量表示方法1218.1.2 板形出浪的残余应力条件1238.1.3 影响板、带钢凸度(横向厚差)的因素1248.2 板形控制方式1278.2.1 手工控制板形方式1278.2.2 板形自动控制1288.2.3 CVC轧辊板形预控制1328.3 板、带钢凸度设定计算1358.4 带钢板形自动控制系统1378.4.1 板形自动控制概述1378.4.2 带钢板形自动控制系统实例分析139第9章 位置自动控制（APC）1509.1 位置自动控制系统的基本组成和结构1509.2 位置控制的基本要求和控制的基本原理1519.2.1 位置控制的基本要求1519.2.2 机械装置理想定位过程的理论分析和控制算法1519.2.3 位置控制量的实际计算和控制方式1539.2.4 液压压下装置与液压系统动态特性1559.3 飞剪机可编程序控制器的位置自动控制(PLCAPC)1609.3.1 可编程序控制器的基本含义和组成1609.3.2 飞剪机的PLCAPC的控制原理160第10章 轧机传动系统的扭振16610.1 轧机传动系统的扭振参数16610.1.1 轧机扭振力学参数16710.1.2 轧机传动系统的动力学模型17010.2 轧机扭振系统分析17110.2.1 单辊传动二质量系统的传递函数17110.2.2 无减速机四辊三质量系统的模型分析17210.2.3 有减速机四辊四质量系统的模型框图17310.3 轧机电机传动系统的扭振消除17410.3.1 单输入输出控制系统工程最佳设计17410.3.2 状态观测器的反馈控制175第11章 轧制过程的动态仿真17911.1 轧制过程仿真概述17911.2 轧制过程仿真平台选择18111.3 轧机动特性建模18211.4 轧制过程模块化仿真方法18311.4.1 使用形象模块的轧制仿真18411.4.2 测厚仪反馈式厚度自动控制系统仿真18611.4.3 厚度计式反馈控制系统仿真比较18711.5 连轧系统模块化图形仿真方法190参考文献192

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《轧制过程自动化技术》由上海财经大学出版社出版。

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