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一、系統(tǒng)簡介：

為了進一步提高生產(chǎn)能力，減少設(shè)備故障率，優(yōu)化原生產(chǎn)線的工藝設(shè)備配置，濟鋼集團總公司決定于2004年11月將濟鋼中板廠原三輥勞特式軋機改為四輥軋機，并在該軋機系統(tǒng)中實現(xiàn)全交流化傳動，經(jīng)過一系列的方案論證工作，軋機主傳動采用了siemens公司的交交變頻系統(tǒng)，輔傳動中最重要的四輥電動壓下系統(tǒng)采用了AB公司的impact變頻器，為了提高傳動性能，當(dāng)壓下操作側(cè)和傳動側(cè)聯(lián)動時，采用了主從控制方式，為了提高系統(tǒng)的自動化水平，要求實現(xiàn)電動APC功能。

二、控制思想：

    電動APC控制是實現(xiàn)軋機自動軋制過程的基礎(chǔ)，一般作為精軋機系統(tǒng)中AGC控制的內(nèi)環(huán)，但當(dāng)AGC系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，電動APC的定位精度應(yīng)當(dāng)能夠保證壓下系統(tǒng)的基本定位要求，滿足部分產(chǎn)品規(guī)格的厚度精度要求。

電動APC（automatic position control）系統(tǒng)可以盡量迅速地將壓下絲杠的位置自動地調(diào)節(jié)到預(yù)先由過程機或HMI給出的目標(biāo)值上，使調(diào)節(jié)后的實際位置與目標(biāo)值之差保持在允許的誤差范圍內(nèi)，粗軋壓下APC定位精度要求為±1mm。

傳統(tǒng)的定位控制系統(tǒng)一般都是采用位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)三環(huán)控制，但這種控制方式對系統(tǒng)的線性性要求很高，否則當(dāng)系統(tǒng)接近目標(biāo)值時，由于速度環(huán)的給定已經(jīng)很小，如果傳動設(shè)備不是大力矩的伺服電機，此時傳動系統(tǒng)的輸出轉(zhuǎn)矩就會很小，甚至產(chǎn)生力矩波動，最終導(dǎo)致系統(tǒng)在接近目標(biāo)值時發(fā)生振蕩。

對于實際的電動壓下位置控制系統(tǒng)，上述問題更為突出，因為一般的軋機壓下系統(tǒng)的傳動力矩要求都大于2000NM，而制造出具有這樣大的輸出力矩的伺服電機還不現(xiàn)實，實際上根據(jù)工藝要求和工程實踐，壓下系統(tǒng)都是采用直流傳動以滿足定位迅速準(zhǔn)確的要求。

隨著交流傳動技術(shù)的發(fā)展，尤其是交流電動機矢量控制方式的應(yīng)用，使得交流電動機在很多傳動性能方面如速度響應(yīng)、電流響應(yīng)、過載能力、轉(zhuǎn)矩波動等都達到了可與直流傳動相媲美的功能，但一個不可否認(rèn)的事實是由于矢量控制的核心思想是通過對驅(qū)動電源的控制使電機內(nèi)部產(chǎn)生的磁場矢量和轉(zhuǎn)矩電流矢量正交，以便能夠象直流電動機一樣使輸入電機的電流能夠最有效的產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，而事實上由于電機內(nèi)部電樞反應(yīng)的影響和磁路的飽和、非線性等因素，都會影響到矢量控制的實際效果，尤其是低速時，作為矢量控制方式指揮棒的磁通觀測模型都采用的是電流模型，而電流模型對電機的參數(shù)依賴性較大，而且多數(shù)系統(tǒng)為了簡化啟動環(huán)節(jié)，在電流模型中都應(yīng)用的是電流的給定值而不是實際值，這些都會造成低速時磁通觀測的不準(zhǔn)確，在實際的電機中，由于電機漏電抗的影響，尤其是當(dāng)傳動裝置輸出加入電抗器時，使得交流電動機在低頻時的實際轉(zhuǎn)矩輸出能力也下降，就如同實際的變壓器相當(dāng)于一個帶通濾波器，傳輸?shù)皖l信號會發(fā)生衰減一樣，這些因素使得即使是采用矢量控制的交流傳動，其低速時的轉(zhuǎn)矩輸出能力和可控性都無法與直流傳動相媲美，而在大功率的位置定位系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的控制模式對傳動系統(tǒng)的低速性能恰恰是要求較高的，另外，當(dāng)采用鼠籠式異步電動機做為傳動設(shè)備時，由于鼠籠式異步電動機屬于單饋電，當(dāng)電機啟動時若要及時產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩還需要一個磁通的建立過程，而這個過程通常要比轉(zhuǎn)矩電流的建立時間長，對于處于頻繁啟動/停止操作的壓下系統(tǒng)來講，就會影響系統(tǒng)的快速性。

在該軋機壓下系統(tǒng)中我們采用了impact變頻器做交流傳動，根據(jù)impact變頻器采用force磁場定向技術(shù)的應(yīng)用特點和具備多種停車制動方式和加強制動效果的選項等優(yōu)點，我們采取了以下措施來提高采用交流傳動方式時APC系統(tǒng)的性能：

1、為了提高系統(tǒng)的快速性，系統(tǒng)停車時啟用了impact變頻器內(nèi)置的“flux up”功能，使得當(dāng)壓下系統(tǒng)處于頻繁得啟/停狀態(tài)時，電機磁通基本上不丟失，這樣系統(tǒng)只需要建立轉(zhuǎn)矩電流就可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，模擬了在直流電機中所發(fā)生的過程。

2、修改控制模式，當(dāng)壓下絲杠接近目標(biāo)值時采用脈沖沖動控制，避免電機在低速時運行，使系統(tǒng)快速進入目標(biāo)區(qū)域。

3、采用電流限幅制動停車方式，并通過停車時加入“flux up”功能，提高電機的制動能力，使得電機從較高的轉(zhuǎn)速停車時制動的距離盡量短。

4、為了提高壓下系統(tǒng)的快速性，使系統(tǒng)按照最大的輸出力矩加速和減速，即電機的速度給定遵從以下規(guī)律：

V =  (2a_mΔs)1/2

其中:    a_m為允許的電動壓下加速度。

                  Δs為與目標(biāo)值的偏差。

速度給定曲線如下圖：