AT407015B

AT407015B - Verfahren zur kompensation der exzentrizität der stütz- und/oder arbeitswalzen in einem duo- oder quarto-walzgerüst

Info

Publication number: AT407015B
Application number: AT0211196A
Authority: AT
Inventors: Andreas Dipl Ing Dr Techn Kugi; Werner Dipl Ing Dr Techn Haas; Karl Dipl Ing Aistleitner
Original assignee: Voest Alpine Ind Anlagen
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 2000-11-27
Also published as: ATA211196A; EP0942791A1; AU5110198A; WO1998024567A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Exzentrizität der Stütz- und/oder Arbeitswalzen in einem Duo- oder Quarto-Walzgerüst, wobei die Grundharmonische und Oberwellen der Drehzahl bzw. des Drehwinkels der Arbeitswalzen ermittelt, die Walzkraft und/oder die Auslaufbanddicke gemessen und daraus ein Kompensationssignal ermittelt wird.

Zufolge verschiedener Ursachen, z.B. Schlifffehler der Walzen oder Unrundheiten in Walzenlagern, ergeben sich bei Arbeits- bzw. Stützwalzen Exzentrizitäten, die in weiterer Folge periodische Störungen im gewalzten Band hervorrufen. Die Exzentrizitäten können solche Ausmasse annehmen, dass die geforderten Dickentoleranzen nicht mehr eingehalten werden können. Aus diesem Grund ist es notwendig, zusätzliche Massnahmen zur Kompensation der Exzentrizitäten zu ergreifen.

Aus der Literatur sind bereits einige Methoden zur Exzentrizitätskompensation bekannt, welche sich in drei Gruppen unterteilen lassen.

In der ersten Gruppe wird versucht, die totale axiale Verschiebung der Walze aus den vorhandenen Messgrössen zu ermitteln, wie dies in dem Artikel "An Improved Thickness Controller for a Rolling Mill", Proc. gth IFAC Congress, Budapest 1984, beschrieben ist. Hier besteht im Allgemeinen das Problem darin, dass die dafür benötigten Systemparameter wie Gerüstdehnungs- bzw. Verformungskoeffizient nicht ausreichend genau zur Verfügung stehen.

In der zweiten Gruppe sind Verfahren bekannt, die eine Exzentrizitätskompensation umdrehungssynchron zur Walzenumdrehung durchführen. Dabei ist aber auf jeden Fall der Einsatz von Winkelsensoren mit entsprechender Auflösung bei den Walzen erforderlich. Ein derartiges Verfahren ist in der US-PS 3 543 549 und der US-PS 4 299 104 beschrieben.

Die Verfahren der dritten Gruppe, der jenes aus der EP 0 170 016 B1 bekannte angehört, versuchen nun direkt den Einfluss der Exzentrizitäten in den Messsignalen zu beseitigen. Dabei kommt erschwerend hinzu, dass das gemessene Walzkraftsignal zufolge von Hysterese- und Reibeffekten sowie grosser Quantisierungsfehler nur mit einer geringen Genauigkeit zur Verfügung steht. Bei der Messung des Auslaufbanddickensignals tritt das Problem auf, dass das Dickenmessgerät in einem entsprechenden Abstand vom Walzspalt positioniert ist, wodurch in weiterer Folge sich eine Totzeit ergibt. Diese Totzeit ist darüber hinaus nicht konstant, sondern hängt von der Bandlaufgeschwindigkeit ab.

In der JP 59 050 408 B wird die Exzentrizität in der Walzkraft mit Bandpass-Filtern, die auf die einzelnen Harmonischen abgestimmt sind, ermittelt. Die Kompensation des Exzenteranteils erfolgt dann über den sogenannten millfactor. Bei der in der EP 252 731 A2 beschriebenen Methode wird ebenfalls die Exzentrizität in der Walzkraft mit Bandpass-Filtern aus dem gemessenen Walzkraftsignal ermittelt.

Bei dem in der DE 37 37 328 A1 erläuterten Verfahren wird die Exzentrizität in der Walzkraft mit Hilfe einer Regressionsanalyse aus dem gemessenen Walzkraftsignal ermittelt. Dabei wird über den Umfang der Walzen eine Diskretisierung durchgeführt.

Aus der DE 26 28 100 B2 ist eine Vorrichtung zur Dickenregelung in einem Walzgerüst bekannt, bei der Banddickenfehler gerüsteinlaufseitig gemessen werden. Die Exzentrizität stammt hiervon einem vorangegangenen Walzvorgang und nicht vom betrachteten Gerüst.

Aus der DE 38 44 202 A1 ist bekannt, die Exzentrizität in der Walzkraft durch eine Frequenzanalyse des gemessenen Walzkraftsignals zu ermitteln.

Die DE 42 31 615 A1 zeigt ein Verfahren zur Unterdrückung des Einflusses der Exzentrizität mit Hilfe einer toten Zone, deren Breite mit einem Fuzzy-Konzept oder einem neuronalen Netz bestimmt wird, wodurch eine ungewollte Verstärkung der bestehenden Walzenexzentrizität vermieden wird.

In der DE 44 11 313 A1 wird ein Korrektursignal bestimmt, mit welchem das Walzkraftsignal korrigiert wird, wobei das Korrektursignal von einer Funktionseinheit mit nichtlinearer Struktur, z.B. einem neuronalen Netz, gebildet wird.

Die DE 42 43 045 A1 beschreibt eine Regelung nach dem Massenflussprinzip, wobei hier keine aktive Unterdrückung der Exzentrizität der Walzgerüste geoffenbart ist.

Der Artikel "Neuronale Netze zur Identifikation der Exzentrizitäten beim Kaltwalzen"; Haas, Kugi, Aistleitner; e & i Elektrotechnik und Informationstechnik; 112 (95) Jul./Aug.; Wien ; Seiten 361-364 ; zeigt ein Verfahren, bei dem aus den gemessenen Walzendrehzahlen mittels eines neuronalen Netzes die Exzentrizitäten berechnet werden können.

Die JP A 58 081507 schliesslich zeigt eine Vorrichtung zur Eliminierung der Schwankungen in der Schichtdicke aufgrund der Walzenexzentrizität, wobei die Walzkraft und die Dicke des Walz- guts sowie die Walzgeschwindigkeit gemessen werden. Aus den ersten beiden Signalen wird jeweils die aufgrund der Walzenexzentrizität auftretende Komponente herausgenommen und unter Verwendung einer Phasenverschiebungssteuerung zur Regelung der Walzkraft und der Dicke verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation von Walzenexzentrizitäten zu schaffen, bei dem die der Messung zugänglichen Grössen, wie Drehzahl der Walzen, Walzkraft, Anstellposition und Auslaufbanddicke, z. B. abhängig von der Messgenauigkeit der einzelnen Grössen, herangezogen werden.

Gemäss der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass aus der gemessenen Drehzahl bzw. dem Drehwinkel der Arbeitswalzen die Umdrehungsgeschwindigkeit aller Walzen des Walzgerüstes, zusammengefasst in einem Vektor, ermittelt wird, und dass zusätzlich oder anstatt der Walzkraft und/oder der Auslaufbanddicke die Anstellposition gemessen wird, wobei aus dieser bzw. diesen und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen die Grundharmonische und die Oberwellen der Exzentrizitäten bzw. der zeitliche Verlauf der Exzentrizitäten von Walzkraft, Anstellposition und/oder Auslaufbandicke entweder durch eine diskrete Fourier-Transformation oder durch eine adaptive Filterung ermittelt wird bzw.

werden, und dass die Phase der Auslauf- banddickenexzentrizität zum Walzspalt synchron nachgeführt wird, und dass das Stellsignal zur Kompensation der Exzentrizität neben der Auslaufbanddicken- und/oder der Walzkraftexzentrizität auch aus der Anstellpositionsexzentrizität berechnet wird.

Durch die Kombination der Grössen Walzkraft, Anstellposition und Auslaufbanddicke und mit der Drehzahl der Walzen ist die Kompensation robuster gegenüber Messfehlern in den einzelnen Signalen. Die Grössen Walzkraft, Anstellposition und Auslaufbanddicke können nämlich nur mit unterschiedlicher Genauigkeit gemessen werden. Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird auch ein hoher Kompensationsgrad erreicht. Ausserdem ist ein dieses Verfahren benützender Fachmann in der Lage, die Exzentrizitätskompensation an die Anforderungen und Gegebenheiten eines Walzgerüstes optimal anzupassen.

Nach einem erfindungsgemässen Merkmal wird die Auslaufbanddicke mit einer Totzeit vom Walzspalt verzögert erfasst. Die Totzeit ergibt sich, weil die bereits vorhandenen Auslaufband- dickensensoren für das Verfahren verwendet werden, wodurch selbstverständlich keine neuen Sensoren benötigt werden.

Weitere Ausgestaltungen sind, dass die Auslaufbanddickenexzentrizität mit einer Phasenregel- schleife nachgeführt wird, oder dass online die geschwindigkeitsabhängige Totzeit ermittelt wird und die Harmonischen der Auslaufbanddickenexzentrizität derart um eine zusätzliche Zeit verschoben werden, dass die Summe aus der Totzeit und der zusätzlichen Zeit ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer der Auslaufbanddickenexzentrizität ist. Durch diese beiden Möglichkeiten wird das Problem der Phasennachführung der Auslaufbanddickenexzentrizität gelöst.

Weiters ist von Vorteil, dass das Stellsignal mit zeitveränderlichen Gewichtungsfunktionen aus der nachgeführten Auslaufbanddicken-, der Walzkraft- und/oder der Anstellpositionsexzentrizität berechnet wird. Die Grössen Auslaufbanddicken-, Walzkraft- und Anstellpositionsexzentrizität werden dadurch zum günstigsten Zeitpunkt für die Kompensation genützt. Soferne z. B. eine äusserst schlechte Walzkraftmessung vorliegt, kann durch die Gewichtungsfunktion der Einfluss der Walzkraft auf die Exzentrizitätskompensation gezielt abgeschaltet werden.

Nach einer Ausgestaltung werden Algorithmen mit einstellbarem Konvergenzverhalten bei instationärem Betrieb, hervorgerufen durch rasche Drehzahländerungen, eingesetzt. Bei instationären Vorgängen ist für die Kompensation eine unterschiedliche Reaktionsgeschwindigkeit der Grössen Auslaufbanddicken-, Walzkraft- und Anstellpositionsexzentrizität erforderlich.

Weitere Vorteile des Verfahrens liegen darin, dass das Stellsignal nach der Formel uk = rkTWk online optimiert wird, wobei Reglerparameter w zur Minimierung der Quadratnorm der Exzentrizität mittels eines Gradientenverfahrens ermittelt werden oder Reglerparameter w mit einem Fuzzy- Reglerkonzept, einem neuronalen Netz oder durch eine Störgrössenaufschaltung so eingestellt werden, dass die Exzentrizität einen Minimalwert annimmt und rkTtransponierte Referenzsignale sind und der Index k der Abtastschritt ist. Dies sind Möglichkeiten um auf die Grössen Auslaufband-

dicken-, Walzkraft- und Anstellpositionsexzentrizität zu reagieren.

Nach einer weiteren Ausgestaltung wird bei einem Quarto-Walzgerüst die Drehzahl der Stützwalzen mit Impulsgebern erfasst. Dies ist notwendig um das Konvergenzverhalten so kurz wie möglich zu halten. Bei Walzstrassen für Grobbleche, bei denen sehr kurze Walzgutlängen in Relation zum Stützwalzenumfang vorkommen, ist diese Ausgestaltung unbedingt erforderlich.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild zur Exzentrizitätskompensation, in Fig. 2 ist der Block C aus Fig. 1 detailiert dargestellt und den Fig. 3a bis 3d ist die Auslaufbanddickenexzentrizität über der Zeit bei den erfindungsgemässen Kompensationsarten zu entnehmen.

Bei Fig 1 stellt A ein Quartogerüst dar, wobei A die Arbeitswalzen und S1, S2 die Stützwalzen sind. Die erfasste Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen, zusammengefasst im Vektor n, wird den Blöcken B1, B2, C und D zugeführt. Der Block B1 erhält die Walzkraft fw und die Anstellposition sw der Walzen, wobei hier mit diesen beiden Werten eine Identifikation der Exzentrizität erfolgt. Im Block B2 wird die Exzentrizität der Auslaufbanddicke ha identifiziert. Im Block C wird mit der Walzkraftexzentrizität fwex und/oder der Exzentrizität der Anstellposition swex und der Auslaufband- dickenexzentrizität ha ex die Phase für den Walzspalt nachgeführt. Das Ausgangssignal ha ex/ws des Blockes C wird dem Block D zugeführt, in dem die Stellgrösse u und/oder das Vorsteuersignal berechnet wird.

Der Block D erhält auch die Walzkraftexzentrizität fw ex und/oder die Exzentrizität der Anstellposition sw ex.

In C 1 in Fig. 2 wird die Phasendifferenz mit den Eingangsgrössen fw ex und/oder Sw ex ermittelt, welche dem Regler C 2 zur Ausregelung des Phasenfehlers übergeben wird. Der Block C3 ist ein Phasenschieber dem die Auslaufbanddickenexzentrizität ha ex zugeführt wird und der das Ausgangssignal des Reglers C 2 erhält. Der Phasenschieber C 3 ermittelt die nachgeführte Auslaufbanddickenexzentrizität ha ex/ws, die dem Block C 1 zugeführt wird.

In Fig. 3a ist die Auslaufbanddickenexzentrizitat ha ex ohne Kompensation dargestellt. Die Fig. 3b zeigt die Auslaufbanddickenexzentrizität ha ex bei einer Kompensation mit der Walzkraft fw.

Bei dem in Fig. 3c dargestellten Signal wurde mit der Auslaufbanddicke ha und bei jenen in Fig. 3d mit der Walzkraft fw und der Auslaufbanddicke ha kompensiert.

PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Kompensation der Exzentrizität der Stütz- und/oder Arbeitswalzen in einem
Duo- oder Quarto-Walzgerüst, wobei die Grundharmonische und Oberwellen der Drehzahl bzw. des Drehwinkels der Arbeitswalzen ermittelt, die Walzkraft und/oder die
Auslaufbanddicke gemessen und daraus ein Kompensationssignal ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gemessenen Drehzahl bzw. dem Drehwinkel der
Arbeitswalzen die Umdrehungsgeschwindigkeit aller Walzen des Walzgerüstes, zusammengefasst in einem Vektor, ermittelt wird, und dass zusätzlich oder anstatt der
Walzkraft und/oder der Auslaufbanddicke die Anstellposition gemessen wird, wobei aus dieser bzw. diesen und der Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen die Grund- harmonische und die Oberwellen der Exzentrizitäten bzw.

der zeitliche Verlauf der
Exzentrizitäten von Walzkraft, Anstellposition und/oder Auslaufbandicke entweder durch eine diskrete Fourier-Transformation oder durch eine adaptive Filterung ermittelt wird bzw. werden, und dass die Phase der Auslaufbanddickenexzentrizität zum Walzspalt synchron nachgeführt wird, und dass das Stellsignal zur Kompensation der Exzentrizität neben der
Auslaufbanddicken- und/oder der Walzkraftexzentrizität auch aus der Anstellpositions- exzentrizität berechnet wird.

Claims

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslaufbanddicke mit einer Totzeit vom Walzspalt verzögert erfasst und zur Phasensynchronisation verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslaufband- dickenexzentrizität mit einer Phasenregelschleife nachgeführt wird.

4. Verfahren Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass online die geschwindigkeits- abhängige Totzeit ermittelt wird und die Harmonischen der Auslaufbanddickenexzentrizität <Desc/Clms Page number 4> derart um eine zusätzliche Zeit verschoben werden, dass die Summe aus der Totzeit und der zusätzlichen Zeit ein ganzzahliges Vielfaches der Periodendauer der Auslaufband- dickenexzentrizität ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal mit zeitveränderlichen Gewichtungsfunktionen aus der nachgeführten Auslauf- banddicken-, der Walzkraft- und/oder der Anstellpositionsexzentrizität berechnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Algorithmen mit einstellbarem Konvergenzverhalten bei instationärem Betrieb, hervorgerufen durch rasche Drehzahländerungen, eingesetzt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal nach der Formel uk = rkTwk online optimiert wird, wobei Reglerparameter w zur Minimierung der Quadratnorm der Exzentrizität mittels eines Gradientenverfahrens ermittelt werden und rkT transponierte Referenzsignale sind und der Index k der Abtastschritt ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal nach der Formel uk = rkTWk online optimiert wird, wobei Reglerparameter w mit einem, an sich bekannten, Fuzzy-Reglerkonzept so eingestellt werden, dass die Exzentrizitat einen Minimalwert annimmt und rkTtransponierte Referenzsignale sind und der Index k der Abtastschritt ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal nach der Formel uk = rkTwk online optimiert wird, wobei Reglerparameter w mit einem, an sich bekannten, neuronalen Netz so eingestellt werden, dass die Exzentrizität einen Minimalwert annimmt und rkTtransponierte Referenzsignale sind und der Index k der Abtastschritt ist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellsignal nach der Formel uk = rkTwk online optimiert wird, wobei Reglerparameter w durch eine Störgrössenaufschaltung so eingestellt werden, dass die Exzentrizität einen Minimalwert annimmt und rkTtransponierte Referenzsignale sind und der Index k der Abtastschritt ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Quarto-Walzgerüst die Drehzahl der Stützwalzen mit Impulsgebern erfasst wird.