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一、系统简介：

为了进一步提高生产能力，减少设备故障率，优化原生产线的工艺设备配置，济钢集团总公司决定于2004年11月将济钢中板厂原三辊劳特式轧机改为四辊轧机，并在该轧机系统中实现全交流化传动，经过一系列的方案论证工作，轧机主传动采用了siemens公司的交交变频系统，辅传动中最重要的四辊电动压下系统采用了AB公司的impact变频器，为了提高传动性能，当压下操作侧和传动侧联动时，采用了主从控制方式，为了提高系统的自动化水平，要求实现电动APC功能。

二、控制思想：

    电动APC控制是实现轧机自动轧制过程的基础，一般作为精轧机系统中AGC控制的内环，但当AGC系统出现故障时，电动APC的定位精度应当能够保证压下系统的基本定位要求，满足部分产品规格的厚度精度要求。

电动APC（automatic position control）系统可以尽量迅速地将压下丝杠的位置自动地调节到预先由过程机或HMI给出的目标值上，使调节后的实际位置与目标值之差保持在允许的误差范围内，粗轧压下APC定位精度要求为±1mm。

传统的定位控制系统一般都是采用位置环、速度环、电流环三环控制，但这种控制方式对系统的线性性要求很高，否则当系统接近目标值时，由于速度环的给定已经很小，如果传动设备不是大力矩的伺服电机，此时传动系统的输出转矩就会很小，甚至产生力矩波动，最终导致系统在接近目标值时发生振荡。

对于实际的电动压下位置控制系统，上述问题更为突出，因为一般的轧机压下系统的传动力矩要求都大于2000NM，而制造出具有这样大的输出力矩的伺服电机还不现实，实际上根据工艺要求和工程实践，压下系统都是采用直流传动以满足定位迅速准确的要求。

随着交流传动技术的发展，尤其是交流电动机矢量控制方式的应用，使得交流电动机在很多传动性能方面如速度响应、电流响应、过载能力、转矩波动等都达到了可与直流传动相媲美的功能，但一个不可否认的事实是由于矢量控制的核心思想是通过对驱动电源的控制使电机内部产生的磁场矢量和转矩电流矢量正交，以便能够象直流电动机一样使输入电机的电流能够最有效的产生转矩，而事实上由于电机内部电枢反应的影响和磁路的饱和、非线性等因素，都会影响到矢量控制的实际效果，尤其是低速时，作为矢量控制方式指挥棒的磁通观测模型都采用的是电流模型，而电流模型对电机的参数依赖性较大，而且多数系统为了简化启动环节，在电流模型中都应用的是电流的给定值而不是实际值，这些都会造成低速时磁通观测的不准确，在实际的电机中，由于电机漏电抗的影响，尤其是当传动装置输出加入电抗器时，使得交流电动机在低频时的实际转矩输出能力也下降，就如同实际的变压器相当于一个带通滤波器，传输低频信号会发生衰减一样，这些因素使得即使是采用矢量控制的交流传动，其低速时的转矩输出能力和可控性都无法与直流传动相媲美，而在大功率的位置定位系统中，传统的控制模式对传动系统的低速性能恰恰是要求较高的，另外，当采用鼠笼式异步电动机做为传动设备时，由于鼠笼式异步电动机属于单馈电，当电机启动时若要及时产生转矩还需要一个磁通的建立过程，而这个过程通常要比转矩电流的建立时间长，对于处于频繁启动/停止操作的压下系统来讲，就会影响系统的快速性。

在该轧机压下系统中我们采用了impact变频器做交流传动，根据impact变频器采用force磁场定向技术的应用特点和具备多种停车制动方式和加强制动效果的选项等优点，我们采取了以下措施来提高采用交流传动方式时APC系统的性能：

1、为了提高系统的快速性，系统停车时启用了impact变频器内置的“flux up”功能，使得当压下系统处于频繁得启/停状态时，电机磁通基本上不丢失，这样系统只需要建立转矩电流就可以产生转矩，模拟了在直流电机中所发生的过程。

2、修改控制模式，当压下丝杠接近目标值时采用脉冲冲动控制，避免电机在低速时运行，使系统快速进入目标区域。

3、采用电流限幅制动停车方式，并通过停车时加入“flux up”功能，提高电机的制动能力，使得电机从较高的转速停车时制动的距离尽量短。

4、为了提高压下系统的快速性，使系统按照最大的输出力矩加速和减速，即电机的速度给定遵从以下规律：

V =  (2a_mΔs)1/2

其中:    a_m为允许的电动压下加速度。

                  Δs为与目标值的偏差。

速度给定曲线如下图：