摘要：涟钢CSP热轧厂采用日本东芝公司开发的PI+ILQ活套控制，能克服PID控制及解耦控制的缺点，具有控制效果良好和现场调试容易等特性。特别在轧制薄规格产品时，PI+ILQ活套控制的张力波动和活套高度波动分别只有PID活套控制的30% 和20%左右，显著提高了产品质量。据统计，CSP热轧产品厚度偏差小于25μm，宽度偏差小于10mm，证明Pl+ILQ是一种有效的活套控制方法。
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。
液压压力的控制是通过检测液压缸活塞侧和杆侧压力，并加以比较，然后通过伺服阀形成压力负反馈闭环来实现的，液压压力控制系统补偿相应阻力以保证正确的带钢张力[5]。活套套量是南装在活套轴上的角度传感器测得并换算出来的，活套高度控制回路通过发送速度校正值到相应的主传动来控制套量，即将相关主传动的速度校正值乘以该机架相应的压下量，以此作为一个校正值送到上游机架传动控制系统中来调节机架速度，维持机架问秒流量平衡[6-7]引入交互参数c来实现张力与活套高度之间的协调控制。
1.2 ILQ控制的启动条件
在调试中现，当轧制薄规格产品时，若采用传统的PI控制，调节时间长，超调量大，严重影响产品头部的宽度和厚度尺寸精度;而如果只应用ILQ控制，其控制参数的整定较难，控制系统的调试时间长。如果采用PI+ILQ综合控制，只要正确确定其切换条件，就能发挥各自的长处，获得满意的控制效果。具体方案是，下游机架穿带完成T秒后先由常规PI控制活套的高度和机架张力，以便获得较快的响应速度;然后在同时满足下述条件的情况下，由PI控制切换到ILQ控制：(1)PI控制已启动T1秒;
液压活套启动时序如图2所示。轧制开始时活套处于等待位置;在下游机架穿带完成时刻t0后，活套起套。机架问张力建立，活套处于开环控制;下游机架穿带完成T后，即在t1时刻，PI控制启动;在t2时刻，ILQ控制的切换条件得到满足后，ILQ活套控制启动。
2 实际应用效果
依据调试阶段的统计结果，采用PI+ILQ综合控制与单独采用PI控制相比，前者的张力波动和活套高度波动分别只有后者的30%和20%左右;在此仅列出轧制某种规格的三卷带钢时。4号和5号活套的高度和张力实际反馈结果，如图3、图4所示。
3 结论
日本东芝公司设计的活套PI+ILQ综合控制不仅便于工程技术人员理解和掌握，而且现场调试容易。在新产品的试轧过程中，活套控制系统的调节参数容易确定，可节省宝贵的调试时间;在CSP热轧实际生产中由于减少了活套控制问题引发的事故，产品合格率大为提高。尤其在轧制薄规格产品时，据统计产品厚度偏差小于25μm，宽度偏差小于10 mm，PI+ILQ活套控制效果非常明显。实践证明PI+ILQ活套控制是一种有效的活套控制方法。
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