軋制過程自動(dòng)化技術(shù)

前言

本書適應(yīng)軋制技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)合作者多年的教學(xué)，研究，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面介紹了國內(nèi)外軋鋼生產(chǎn)過程自動(dòng)化的技術(shù)內(nèi)容，主要包括軋制過程計(jì)算機(jī)配置與應(yīng)用、軋機(jī)調(diào)速、厚度控制、張力分析。板形控制、位置控制、溫度模型、計(jì)算機(jī)仿真等方面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過程。在張力連軋部分，專門介紹了用代數(shù)方法直接確定張力大小的穩(wěn)態(tài)張力計(jì)算公式。書中力求反映軋制自動(dòng)化的新技術(shù)和新成就，介紹了利用MATLAB/Simulink開發(fā)連軋過程模塊化動(dòng)態(tài)仿真軟件的最新研究成果。 本書既可供從事有關(guān)軋制過程自動(dòng)化工程的技術(shù)人員參考，也可作為高?！安牧铣尚团c控制”專業(yè)軋制方向的本科生及研究生的教材。 近十年來國內(nèi)軋鋼企業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平提升很快，新上的車間基本上實(shí)現(xiàn)了用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行軋制生產(chǎn)過程的控制。軋制過程自動(dòng)化涉及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與傳感器、控制器、執(zhí)行器、電力拖動(dòng)等硬件，也涉及軋制理論、控制理論模型等多學(xué)科專業(yè)知識(shí)。從機(jī)械角度來看，所有硬件動(dòng)作都有慣性，在控制信號(hào)執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生滯后或超調(diào)，而且在重負(fù)荷下易于振蕩失穩(wěn)。而計(jì)算機(jī)則有運(yùn)算及傳遞的時(shí)間耽擱，這些都使系統(tǒng)控制出現(xiàn)不同的響應(yīng)過程。 實(shí)際上，工藝選擇水平高低、設(shè)備制造安裝好壞、機(jī)電設(shè)備參數(shù)調(diào)整好壞、壓下規(guī)程制定、計(jì)算機(jī)模型算法、計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)、通信速度都會(huì)影響軋制系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性和產(chǎn)品精度。為用好現(xiàn)代軋制設(shè)備，十分需要深入理解與自動(dòng)化設(shè)備相關(guān)的計(jì)算機(jī)控制原理、軋制過程控制與設(shè)備特性分析。 為能反映軋制控制領(lǐng)域的基本技術(shù)與工作原理，本書第1章簡要介紹了軋制過程自動(dòng)化的基本知識(shí)。第2、3章介紹了現(xiàn)代軋制過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及軋件跟蹤方面的一些內(nèi)容，以幫助讀者了解現(xiàn)代軋鋼車間計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。第4、5章從控制理論及機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)入手，介紹拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)域微分方程的建立與時(shí)域輸出響應(yīng)的推導(dǎo)過程，為探討重負(fù)荷下減少振蕩干擾提供思路，從而對(duì)其他慣性過程分析時(shí)有所借鑒。第6章介紹厚度控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)常用壓力厚度計(jì)的復(fù)雜閉環(huán)控制方案加以總結(jié)。第7章首先指出傳統(tǒng)張力概念及張力公式的不足，之后介紹筆者從運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理出發(fā)，依據(jù)設(shè)備速度條件，推導(dǎo)出的由軋前工藝參數(shù)預(yù)測(cè)連軋后穩(wěn)態(tài)張力的計(jì)算方法。第8章介紹板厚控制原理，對(duì)近年實(shí)踐檢驗(yàn)證明比較實(shí)用的板形CVC調(diào)整算法作了較為詳細(xì)的介紹。第9、10章為位置控制和軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振。第11章專門介紹軋制過程計(jì)算機(jī)模塊化仿真研究進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)了仿真平臺(tái)選擇的重要性和目前軋制動(dòng)態(tài)模型存在的缺陷。 本書寫作宗旨在于突出以往重視不夠，而現(xiàn)場分析問題又急需的內(nèi)容。這對(duì)已經(jīng)掌握軋制工藝但缺少控制方面知識(shí)的人員來說，正好補(bǔ)充理論的不足，提高在現(xiàn)代連軋車間解決各種控制方面工程技術(shù)問題的能力。希望本書對(duì)推進(jìn)國內(nèi)軋鋼自動(dòng)化生產(chǎn)起到積極的作用。 書中第1、2、4、6、7、11章由鄭申白編寫，第3、9、10章由史東日編寫，第5、8章由馬勁紅編寫。 書中不當(dāng)之處難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《軋制過程自動(dòng)化技術(shù)》適應(yīng)軋制技術(shù)發(fā)展的需要，結(jié)合作者多年的教學(xué)，研究，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，全面介紹了國內(nèi)外軋鋼生產(chǎn)過程自動(dòng)化的技術(shù)內(nèi)容，主要包括軋制過程計(jì)算機(jī)配置與應(yīng)用、軋機(jī)調(diào)速、厚度控制、張力分析。板形控制、位置控制、溫度模型、計(jì)算機(jī)仿真等方面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制過程。在張力連軋部分，專門介紹了用代數(shù)方法直接確定張力大小的穩(wěn)態(tài)張力計(jì)算公式。書中力求反映軋制自動(dòng)化的新技術(shù)和新成就，介紹了利用MATLAB/Simulink開發(fā)連軋過程模塊化動(dòng)態(tài)仿真軟件的最新研究成果?！　　盾堉七^程自動(dòng)化技術(shù)》既可供從事有關(guān)軋制過程自動(dòng)化工程的技術(shù)人員參考，也可作為高校“材料成型與控制”專業(yè)軋制方向的本科生及研究生的教材?！　〗陙韲鴥?nèi)軋鋼企業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平提升很快，新上的車間基本上實(shí)現(xiàn)了用自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行軋制生產(chǎn)過程的控制。軋制過程自動(dòng)化涉及計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與傳感器、控制器、執(zhí)行器、電力拖動(dòng)等硬件，也涉及軋制理論、控制理論模型等多學(xué)科專業(yè)知識(shí)。從機(jī)械角度來看，所有硬件動(dòng)作都有慣性，在控制信號(hào)執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生滯后或超調(diào)，而且在重負(fù)荷下易于振蕩失穩(wěn)。而計(jì)算機(jī)則有運(yùn)算及傳遞的時(shí)間耽擱，這些都使系統(tǒng)控制出現(xiàn)不同的響應(yīng)過程?！　?shí)際上，工藝選擇水平高低、設(shè)備制造安裝好壞、機(jī)電設(shè)備參數(shù)調(diào)整好壞、壓下規(guī)程制定、計(jì)算機(jī)模型算法、計(jì)算機(jī)控制結(jié)構(gòu)、通信速度都會(huì)影響軋制系統(tǒng)的操作穩(wěn)定性和產(chǎn)品精度。為用好現(xiàn)代軋制設(shè)備，十分需要深入理解與自動(dòng)化設(shè)備相關(guān)的計(jì)算機(jī)控制原理、軋制過程控制與設(shè)備特性分析。　　為能反映軋制控制領(lǐng)域的基本技術(shù)與工作原理，《軋制過程自動(dòng)化技術(shù)》第1章簡要介紹了軋制過程自動(dòng)化的基本知識(shí)。第2、3章介紹了現(xiàn)代軋制過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及軋件跟蹤方面的一些內(nèi)容，以幫助讀者了解現(xiàn)代軋鋼車間計(jì)算機(jī)的應(yīng)用。第4、5章從控制理論及機(jī)械設(shè)備的動(dòng)態(tài)響應(yīng)入手，介紹拖動(dòng)系統(tǒng)時(shí)域微分方程的建立與時(shí)域輸出響應(yīng)的推導(dǎo)過程，為探討重負(fù)荷下減少振蕩干擾提供思路，從而對(duì)其他慣性過程分析時(shí)有所借鑒。第6章介紹厚度控制系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)常用壓力厚度計(jì)的復(fù)雜閉環(huán)控制方案加以總結(jié)。第7章首先指出傳統(tǒng)張力概念及張力公式的不足，之后介紹筆者從運(yùn)動(dòng)力學(xué)原理出發(fā)，依據(jù)設(shè)備速度條件，推導(dǎo)出的由軋前工藝參數(shù)預(yù)測(cè)連軋后穩(wěn)態(tài)張力的計(jì)算方法。第8章介紹板厚控制原理，對(duì)近年實(shí)踐檢驗(yàn)證明比較實(shí)用的板形CVC調(diào)整算法作了較為詳細(xì)的介紹。第9、10章為位置控制和軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振。第11章專門介紹軋制過程計(jì)算機(jī)模塊化仿真研究進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)了仿真平臺(tái)選擇的重要性和目前軋制動(dòng)態(tài)模型存在的缺陷。

書籍目錄

第1章 緒論11.1 軋制過程自動(dòng)化基本知識(shí)11.2 軋制技術(shù)的現(xiàn)狀11.3 軋制過程自動(dòng)化發(fā)展3第2章 軋制過程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)52.1 軋制過程計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展52.2 軋制生產(chǎn)自動(dòng)化的特點(diǎn)72.3 軋制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)82.4 過程控制計(jì)算機(jī)應(yīng)具備的功能102.5 軋制過程控制計(jì)算機(jī)的基本內(nèi)容和功能132.5.1 L1操作計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的功能142.5.2 L2級(jí)計(jì)算機(jī)軋制過程數(shù)學(xué)模型182.5.3 L3級(jí)生產(chǎn)控制級(jí)作業(yè)內(nèi)容192.6 控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的幾種算法232.6.1 過程控制計(jì)算機(jī)專用控制程序232.6.2 自學(xué)習(xí)與自適應(yīng)算法252.6.3 動(dòng)態(tài)設(shè)定(穿帶自適應(yīng))模型292.6.4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用292.6.5 模糊控制322.7 模擬軋鋼33第3章 軋件跟蹤343.1 軋制生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)區(qū)及數(shù)據(jù)流動(dòng)343.1.1 原始數(shù)據(jù)區(qū)及其數(shù)據(jù)的輸入343.1.2 軋件跟蹤的方法373.2 板帶鋼連軋生產(chǎn)線上軋件的跟蹤383.2.1 跟蹤區(qū)域的劃分和跟蹤功能383.2.2 加熱爐入口側(cè)板坯跟蹤393.2.3 加熱爐處的板坯跟蹤413.2.4 軋制線上軋件的跟蹤43第4章 裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)444.1 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成和控制原理444.1.1 控制系統(tǒng)的基本形式444.1.2 閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本組成和作用474.1.3 自動(dòng)控制的傳遞函數(shù)484.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本要求50第5章 軋機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制525.1 軋機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)525.1.1 軋機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程525.1.2 對(duì)主傳動(dòng)電機(jī)的要求575.2 軋機(jī)的調(diào)速范圍585.2.1 電機(jī)調(diào)速范圍的要求585.2.2 對(duì)靜差率及控制系統(tǒng)精度要求585.2.3 軋制過程對(duì)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的要求615.2.4 主傳動(dòng)速度制度的要求655.2.5 對(duì)其他方面的要求655.3 帶鋼連軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)調(diào)速665.3.1 連軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的速度特性665.3.2 VCM系統(tǒng)模擬調(diào)速方法665.3.3 主傳動(dòng)系統(tǒng)速度的數(shù)字給定控制器69第6章 厚度自動(dòng)控制706.1 板帶鋼厚度的變化規(guī)律706.1.1 板帶鋼厚度波動(dòng)的原因706.1.2 軋制過程中厚度變化的基本規(guī)律716.2 厚度自動(dòng)控制的基本形式及其控制原理736.2.1 用測(cè)厚儀的反饋式厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)746.2.2 厚度計(jì)式厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)766.2.3 前饋式厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)806.2.4 張力式厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)816.2.5 可變剛度控制826.2.6 AGC厚度控制補(bǔ)償866.3 帶鋼熱連軋精軋機(jī)組的厚度自動(dòng)控制876.3.1 精軋機(jī)組DDCAGC系統(tǒng)的基本組成876.3.2 AGC系統(tǒng)的控制框圖及其控制運(yùn)算89第7章 連軋張力和活套控制967.1 軋制過程中張力的作用及其計(jì)算967.1.1 前后張力和作用967.1.2 張力的理論計(jì)算模型987.2 活套支撐器1017.2.1 機(jī)架間恒張力活套的力矩計(jì)算1047.2.2 活套支撐器的使用1067.2.3 連軋時(shí)活套支撐器的自動(dòng)控制系統(tǒng)1077.3 軋機(jī)出口到卷曲張力的控制方法1107.3.1 間接法控制張力的基本原理1117.3.2 直接法控制張力的基本原理1147.4 型鋼連軋時(shí)的微張力自動(dòng)控制1157.5 熱連軋時(shí)的無活套軋制1177.5.1 無活套軋制的提出1177.5.2 雙機(jī)架的微張力控制系統(tǒng)1187.5.3 無活套支撐器的微張力控制118第8章 帶鋼的板形自動(dòng)控制1208.1 板形理論1208.1.1 板形的數(shù)量表示方法1218.1.2 板形出浪的殘余應(yīng)力條件1238.1.3 影響板、帶鋼凸度(橫向厚差)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 板形自動(dòng)控制1288.2.3 CVC軋輥板形預(yù)控制1328.3 板、帶鋼凸度設(shè)定計(jì)算1358.4 帶鋼板形自動(dòng)控制系統(tǒng)1378.4.1 板形自動(dòng)控制概述1378.4.2 帶鋼板形自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)例分析139第9章 位置自動(dòng)控制（APC）1509.1 位置自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本組成和結(jié)構(gòu)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 機(jī)械裝置理想定位過程的理論分析和控制算法1519.2.3 位置控制量的實(shí)際計(jì)算和控制方式1539.2.4 液壓壓下裝置與液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性1559.3 飛剪機(jī)可編程序控制器的位置自動(dòng)控制(PLCAPC)1609.3.1 可編程序控制器的基本含義和組成1609.3.2 飛剪機(jī)的PLCAPC的控制原理160第10章 軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振16610.1 軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振參數(shù)16610.1.1 軋機(jī)扭振力學(xué)參數(shù)16710.1.2 軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型17010.2 軋機(jī)扭振系統(tǒng)分析17110.2.1 單輥傳動(dòng)二質(zhì)量系統(tǒng)的傳遞函數(shù)17110.2.2 無減速機(jī)四輥三質(zhì)量系統(tǒng)的模型分析17210.2.3 有減速機(jī)四輥四質(zhì)量系統(tǒng)的模型框圖17310.3 軋機(jī)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的扭振消除17410.3.1 單輸入輸出控制系統(tǒng)工程最佳設(shè)計(jì)17410.3.2 狀態(tài)觀測(cè)器的反饋控制175第11章 軋制過程的動(dòng)態(tài)仿真17911.1 軋制過程仿真概述17911.2 軋制過程仿真平臺(tái)選擇18111.3 軋機(jī)動(dòng)特性建模18211.4 軋制過程模塊化仿真方法18311.4.1 使用形象模塊的軋制仿真18411.4.2 測(cè)厚儀反饋式厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)仿真18611.4.3 厚度計(jì)式反饋控制系統(tǒng)仿真比較18711.5 連軋系統(tǒng)模塊化圖形仿真方法190參考文獻(xiàn)192

章節(jié)摘錄

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《軋制過程自動(dòng)化技術(shù)》由上海財(cái)經(jīng)大學(xué)出版社出版。

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