CN100421825C - 平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，它是在延伸率控制系统中，延伸率控制闭环的内环是轧制压力闭环和张力闭环，根据张力、轧制压力调节顺序的不同，可以形成先调节张力后调节轧制力控制延伸率方法或先调节轧制压力后调节张力控制延伸率方法，对延伸率和板形进行控制。所述先调节张力后调节轧制力的方法，是优先通过调节张力控制延伸率，当实际张力超出限定范围时，保持张力恒定，再通过调节轧制力控制延伸率；所述先调节轧制压力后调节张力的方法，是优先通过调节轧制力控制延伸率，当实际轧制力超出限定范围时，保持轧制力恒定，再通过调节张力控制延伸率。本发明可同时保证平整机延伸率精度和板形质量。

Description

平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法

(一)技术领域

本发明涉及一种平整机延伸率和板形综合优化控制方法。

(二)背景技术

现有的平整机一般都有延伸率和轧制压力两种控制模式(即恒延伸率控制模式和恒轧制压力控制模式)。

(1)恒延伸率控制模式。当延伸率实际值与设定值偏差超过一定范围时(延伸率允许偏差值)，根据延伸率偏差值确定轧制压力或张力的调整量，通过调整轧制压力或张力，直到延伸率偏差值回到允许的范围之内为止。调整轧制压力减小延伸率偏差的方法即为通常所说的轧制压力方式控制延伸率，调整张力减小延伸率偏差的方法即为通常所说的张力方式控制延伸率。在一些平整机中只有轧制压力方式，如某钢厂1550冷轧退火机组平整机。在另外一些平整机中，同时具有轧制压力和张力两种方式，如某钢厂2030冷轧罩式退火机组后面的平整机组。两种方式的选择准则是：对于厚度超过某一定值的带钢选择轧制压力方式，对于厚度小于某一定值的带钢选择张力方式。为了确定消除某一延伸率偏差所对应的轧制压力或张力的调整量，除了该延伸率偏差之外，还需要有轧制压力对延伸率效率系数，即消除单位延伸率偏差所需要的轧制压力；张力对延伸率效率系数，即消除单位延伸率偏差所需要的张力。两个系数通常以经验表格或经验曲线方式给出，由于准确性一般不高，影响到延伸率控制效果。选择轧制压力方式时往往轧制力波动较大，影响平整出口板形质量；选择张力方式时，由于平整机前后张力的允许调整范围有限，往往出现延伸率超差现象。在调整轧制压力时，由于不对弯辊力进行跟随调整，出口板形质量受到了影响。

(2)恒轧制压力控制模式，即是延伸率开环控制方式，不管延伸率偏差是多少，都不采取调整轧制压力或延伸率方式控制偏差，始终保持轧制压力和张力恒定。该模式虽然有利于板形控制，但延伸率控制精度比较差。

现有的平整机延伸率一般是通过检测出口速度v₁和入口速度v₀来检测延伸率ε，从而实现延伸率的闭环控制。但延伸率闭环只能保证延伸率ε不变，而此时如果来料厚度H和出口厚度h同时发生变化，即带钢入口厚度从H改变为H′，出口厚度从h改变为h′，但仍保持延伸率恒定， $\mathrm{\ϵ}=\frac{H}{h}=\frac{H^{\′}}{h^{\′}},$ 如图1所示，轧制力将会发生变化，即从P改变为P′，并且P＞P′，而弯辊又没有及时的跟随调节，因此相应的会造成板形的变化。实际上，即使H、h都不变，由于摩擦系数μ、变形抗力σ_s、后张力T₀、前张力T₁等参数发生变化，也会使轧制力P发生变化，对板形也会产生影响。同理，如果只采用恒轧制压力控制，延伸率要产生波动，不可能恒定。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，该综合优化控制方法可同时保证平整机延伸率精度和板形质量。

本发明是这样实现的：一种平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，同时保证带钢平整延伸率和板形，其特征是：

(1)根据带钢的厚度确定平整机延伸率的控制方式，综合发挥轧制力和张力对延伸率的调节作用，减小轧制力的波动，降低延伸率控制对带钢板形的不良影响：当带钢为厚度h＜0.5mm的薄带钢时，优先选择先调节张力后调节轧制力方式控制延伸率；当带钢为厚度范围0.5mm≤h≤1.0mm的一般厚度带钢时，选择先调节轧制压力后调节张力方式控制延伸率，或者选择先调节张力后调节轧制力方式控制延伸率；当带钢为厚度h＞1.0mm的厚带钢时，优先选择先调节轧制压力后调节张力方式控制延伸率；

(2)当轧制力发生调节变化时，对弯辊力进行自动跟随调节，降低轧制力调节变化对带钢板形的不良影响；

所述的控制方法由过程控制计算机和可编程序控制器PLC控制平整机实施，其实现过程是：

A.向计算机输入带钢的钢种、厚度h和宽度b、延伸率给定值ε_sv、延伸率允许控制偏差Δε₀、平整机设备能提供的最大张力T_s、最大轧制压力P_s、最大弯辊力S_s，选取前后张力的设定值Tsv和平整机设备参数；

B、根据所述的平整机延伸率控制方式确定控制方法，过程计算机自动确定或人工确定延伸率控制方式，经过程计算机内模型计算得到平整机设定值：轧制压力设定值Psv、弯辊力设定值Ssv、轧制压力对延伸率传递系数k_pε、张力对延伸率传递系数k_σε、弯辊力对轧制压力传递系数k_sp，计算得到给定的上限张力T_max、给定的下限张力T_min、给定的上限轧制压力P_max、给定的上限弯辊力S_max，发送给PLC作为平整机的控制参数；

C、在PLC延伸率控制系统中，延伸率控制闭环的内环是轧制压力闭环和张力闭环，根据过程计算机发送的延伸率控制方式，确定张力、轧制压力调节顺序：先调节张力后调节轧制力控制延伸率，或先调节轧制压力后调节张力控制延伸率，当轧制力发生调节变化时，对弯辊力进行自动跟随调节，实现对延伸率和板形的综合优化控制。

上述的平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，所述先调节张力后调节轧制力控制延伸率方式，是优先通过调节张力控制延伸率，当实际张力超出限定范围时，保持张力恒定，再通过调节轧制力控制延伸率，当调节轧制力时，对弯辊力进行相应的跟随调节。

上述的平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，所述先调节轧制压力后调节张力控制延伸率方式，是优先通过调节轧制力控制延伸率，当实际轧制力或弯辊力超出限定范围时，保持轧制力恒定，再通过调节张力控制延伸率，当调节轧制力时，对弯辊力进行相应的跟随调节。

本发明采用延伸率和轧制力/张力两个闭环，轧制力/张力作为内闭环，延伸率作为外闭环。考虑到平整延伸率的主要作用是消除带钢屈服平台和改善板形，有一定的精度即可，一般情况下不一定要达到很高的精度。因此，当延伸率设定值与实际反馈值的偏差在允许误差范围内时，不对延伸率进行控制；当该偏差超出范围时，首先保持轧制压力恒定，通过补偿张力设定值进行调节，使延伸率回到要求的控制精度范围内，参见图2。若张力超过给定的上限值或低于给定的下限值时，再补偿轧制力设定值，减小甚至消除延伸率偏差，同时弯辊力跟随轧制压力的变化自动调整，以补偿轧制力调整对平整出口板形的影响，参见如图3。若轧制力调整过程中又出现轧制力或弯辊力超过给定上限值的情况时，说明该钢种规格带钢的初始延伸率设定值偏大，采用延伸率开环控制、保持张力和轧制压力恒定，或者采用减小延伸率设定值的办法使偏差值回到要求的控制精度范围内。

通过综合发挥张力和轧制压力对延伸率的控制作用，可同时保证平整机延伸率精度和板形质量。

本发明克服了现有单独的进行恒延伸率控制、或进行恒轧制压力控制的弊端，兼顾带钢板形和机械性能(延伸率控制精度)两方面的要求，对延伸率允许偏差值进行合理取值，一般情况下可以取延伸率目标控制精度的1/3左右。对于板形要求较高的带钢，延伸率允许偏差值的取值可以适当大一些，进行准恒轧制压力控制，当取很大的值时，类似传统意义的恒轧制压力控制模式。对于机械性能要求较高的带钢，延伸率允许偏差值的取值适当小一些，进行准恒延伸率控制，当取值很小时，类似传统意义的恒延伸率控制。

(四)附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1为延伸率相同时轧制力变化示意图；

图2为延伸率、轧制力控制示意图；

图3为延伸率、轧制力、弯辊力控制示意图；

图4为平整机延伸率、轧制力、弯辊力和张力在线综合控制系统框图；

图5为先调节张力后调节轧制力的延伸率控制过程流程图；

图6为先调节轧制力后调节张力的延伸率控制过程流程图；

图7为一种轧制压力计算流程图；

图8为一种最佳弯辊力计算流程图。

(五)具体实施方式

一种平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，由过程控制计算机和可编程序控制器PLC控制平整机实施，包括：

A.向计算机输入带钢的钢种、厚度h和宽度b、延伸率给定值ε_sv、延伸率允许控制偏差Δε₀、平整机设备能提供的最大张力T_s、最大轧制压力P_s、最大弯辊力S_s，选取前后张力的设定值Tsv和平整机设备参数；

B、根据所述的平整机延伸率控制方式确定控制方法，过程计算机自动确定或人工确定延伸率控制方式，经过程计算机内模型计算得到平整机设定值：轧制压力设定值Psv、弯辊力设定值Ssv、轧制压力对延伸率传递系数k_pε、张力对延伸率传递系数k_σs、弯辊力对轧制压力传递系数k_sp，计算得到给定的上限张力T_max、给定的下限张力T_min、给定的上限轧制压力P_max、给定的上限弯辊力S_max，发送给PLC作为平整机的控制参数；

C、在PLC的延伸率控制系统中，延伸率控制闭环的内环是轧制压力闭环和张力闭环，根据过程计算机发送的延伸率控制方式，确定张力、轧制压力调节顺序：先调节张力后调节轧制力控制延伸率，或先调节轧制压力后调节张力控制延伸率，当轧制力发生调节变化时，对弯辊力进行自动跟随调节，实现对延伸率和板形的综合优化控制。

参见图4，图4表示的是平整机延伸率、轧制力、弯辊力和张力在线综合控制系统框图。

参见图5，先调节张力后调节轧制力控制延伸率的控制过程流程图如图5所示。该方法适用于各规格带钢的冷轧平整过程，尤其适用于较薄(如厚带＜0.5mm)的带钢。该方法是优先通过调节张力控制延伸率，当实际张力超出限定范围时，保持张力恒定，再通过调节轧制力控制延伸率，其控制原理和控制流程如下(设当前控制周期为第n控制周期)：

(1)如果延伸率设定值ε₀与实际反馈值ε的偏差|Δε|＝|ε₀-ε|＜Δε₀(式中Δε₀为设定的延伸率允许偏差)，延伸率闭环不投入工作，即保持轧制压力、张力恒定，当前控制周期结束，进入第n+1控制周期。

(2)如果|Δε|≥Δε₀，延伸率闭环投入工作。首先对当前控制周期的出口张力实际值T1是否超限进行检查，分两种情况：

(I)若当前控制周期的出口张力实际值T₁小于等于上限张力T_max、或者T₁大于给定的下限张力T_min，分别在入口张力给定值T₀₀、出口张力给定值T₁₀上叠加第n控制周期张力补偿量ΔT_n(ΔT_n＝ΔT_n-1+Δε·k_σε)，或者只在入口张力给定值T₀₀上叠加张力补偿量ΔT_n，对张力进行前馈补偿控制。当前控制周期结束，进入第n+1控制周期。

(II)若当前控制周期的出口张力实际值T₁大于等于上限张力T_max并且Δε·k_σε＞0、或者T₁小于给定的下限张力T_min并且Δε·k_σε＜0，保持张力恒定，不对张力进行前馈补偿控制。接下来对当前控制周期的轧制压力实际值P和弯辊力实际值S是否超限进行检查，又分两种情况：(a)如果轧制力实际值P小于给定上限轧制压力P_max、并且弯辊力实际值S小于给定上限弯辊力S_max，在轧制力闭环的给定值P₀上叠加第n控制周期轧制压力补偿量ΔP_n(ΔP_n＝ΔP_n-1+Δε·k_σε)，对轧制力进行前馈补偿控制，同时也在弯辊力闭环给定值S₀上叠加第n控制周期弯辊力补偿量ΔS(ΔS_n＝ΔS_n-1+ΔP·k_sp)，使弯辊力跟随轧制力变化自动调节。当前控制周期结束，进入第n+1控制周期。(b)若轧制力实际值P大于等于P_max、或者弯辊力实际值S大于等于S_max，并且Δε·k_pε＞0时，延伸率闭环控制不投入工作，保持张力、轧制力恒定，当前控制周期结束，直接进入第n+1控制周期；或者将延伸率设定值ε₀减去Δε，后进入第n+1控制周期。

参见图6，类似地，还可以采用先调节轧制力后调节张力控制延伸率的控制过程流程图如图6所示。该方法适用于各规格带钢的冷轧平整过程，尤其适用于较厚(如厚带＞1.0mm)的带钢。该方法是优先通过调节轧制力控制延伸率，当实际轧制力或弯辊力超出限定范围时，保持轧制力恒定，再通过调节张力控制延伸率，其控制原理和控制流程如下(设当前控制周期为第n控制周期)：

(1)如果延伸率设定值ε₀与实际反馈值ε的偏差|Δε|＝|ε₀-ε|＜Δε₀(式中Δε₀为设定的延伸率允许偏差)，延伸率闭环不投入工作，即保持轧制压力、张力恒定，当前控制周期结束，进入第n+1控制周期。

(2)如果|Δε|≥Δε₀，延伸率闭环投入工作。首先对当前控制周期的轧制压力实际值P和弯辊力实际值S是否超限进行检查，分两种情况：

(I)若轧制力实际值P小于给定上限轧制压力P_max、并且弯辊力实际值S小于给定上限弯辊力S_max，在轧制力闭环的给定值P₀上叠加第n控制周期轧制压力补偿量ΔP_n(ΔP_n＝ΔP_n-1+Δε·k_pε)，对轧制力进行前馈补偿控制，同时也在弯辊力闭环给定值S₀上叠加第n控制周期弯辊力补偿量ΔS(ΔS_n＝ΔS_n-1+ΔP·k_sp)，使弯辊力跟随轧制力变化自动调节。当前控制周期结束，进入第n+1控制周期。

(II)若轧制力实际值P大于等于P_max、或者弯辊力实际值S大于等于S_max，并且Δε·k_pε＞0时，保持轧制压力恒定，不对轧制压力进行前馈补偿控制。接下来对当前控制周期的出口张力实际值是否超限进行检查，又分两种情况：(a)若当前控制周期的出口张力实际值T₁小于等于上限张力T_max、或者T₁大于给定的下限张力T_min，分别在入口张力给定值T₀₀、出口张力给定值T₁₀上叠加第n控制周期张力补偿量ΔT_n(ΔT_n＝ΔT_n-1+Δε·k_σε)，或者只在入口张力给定值T₀₀上叠加张力补偿量ΔT_n，对张力进行前馈补偿控制。当前控制周期结束，进入第n+1控制周期。(b)若当前控制周期的出口张力实际值T₁大于等于上限张力T_max并且Δε·k_σε＞0、或者T₁小于给定的下限张力T_min并且Δε·k_σε＜0，保持张力、轧制力恒定，当前控制周期结束，直接进入第n+1控制周期；或者将延伸率设定值ε₀减去Δε，后进入第n+1控制周期。

图5和图6中T_max、T_min、P_max、S_max的取值方法如下：

T_max＝Min〔(0.25～0.4)σ_shb，α_TT_s〕         (1)

T_min＝0.1σ_shb

式中σ_s-带钢的屈服强度

    h-带钢厚度

    b-带钢宽度

    α_T-安全系数，取α_T≤1.0

    T_s--平整机张力系统能够提供的最大张力

P_max＝α_PP_s    (2)

式中α_P-安全系数，取α_P≤1.0

    P_s--平整机压下系统能够提供的最大轧制力

S_max＝α_sS_s    (3)

式中α_s-安全系数，取α_s≤1.0

    S_s--平整机弯辊系统能够提供的最大弯辊力

在上述控制方法中轧制力对延伸率的传递函数k_pε可以通过轧制力计算程序按下式计算：

$k_{\mathrm{p\ϵ}}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δ\ϵ}}=\frac{P(\mathrm{\ϵ}+\mathrm{\Δ\ϵ})-P\left(\mathrm{\ϵ}\right)}{\mathrm{\Δ\ϵ}}---\left(4\right)$

式中P(ε)，P(ε+Δε)——按轧制力计算模型在延伸率为ε、ε+Δε的轧制力预报值。

同时，弯辊力跟随轧制力变化的修改值可以按下式计算：

Δ(2S₁)＝k_SPΔP    (5)

式中S₁-延伸率为ε时最佳弯辊力的设定值

$K_{\mathrm{SP}}=\frac{\mathrm{\Δ}\left(2S_1\right)}{\mathrm{\ΔP}}$ ——弯辊力对轧制力的传递函数，通过轧制力模型

和最佳弯辊力模型在线计算得到。

张力对延伸率的传递函数为：

$k_{\mathrm{\σ\ϵ}}=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\σ}}_1}{\mathrm{\Δ\ϵ}}=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{\Δ\ϵ}}=-\frac{\∂P}{\∂\mathrm{\ϵ}}/(\frac{\∂P}{\∂{\mathrm{\σ}}_1}+\frac{\∂P}{\∂{\mathrm{\σ}}_0})---\left(6\right)$

其中， $k_{\mathrm{p\ϵ}}=\frac{\∂P}{\∂\mathrm{\ϵ}}$ 按(4)式计算，

和也按相同方法由轧制力模型计算得到。

图7列出了一种轧制压力P计算流程图，该流程的计算模型和计算方法可以参阅文献连家创发表于《重型机械》杂志1979年第2、3期的“冷轧薄板轧制压力和极限最小厚度的计算”一文。目前常见的总轧制压力计算方法比较多，具体优化时可以根据需要选择其它的计算方法。图8列出一种最佳弯辊力S的计算流程图，该计算模型和计算方法可以参阅兵器工业出版社1995出版连家创、刘宏民著《板厚板形控制》一书，目前常见的最佳弯辊力和前张应力分布计算方法比较多，具体优化时可以根据需要选择其它的计算方法。图7、图8中符号的含义如下：

h₀-带钢入口厚度

b-带钢宽度

ε-平整延伸率

h-带材出口厚度，h＝h₀(1-ε)

v-平整速度

σ_s-带钢变形抗力

σ₁-平均出口张应力，σ₁＝T₁/(bh)

σ₀-平均入口张应力，σ₀＝T₀/(bh₀)

E-带钢弹性模量

E₀-轧辊弹性模量

v-带钢泊松比

v₀-轧辊泊松比

R-工作辊半径

μ-变形区摩擦系数

l-塑性变形区长度

l₀-塑性变形区长度迭代初始值， $l_0=\sqrt{R(h_0-h)}$

Δx₀-出口弹性变形区长度

Δx₁-入口弹性变形区长度

P₁-出口弹性变形区与塑性区交界处单位压力

p₀-入口弹性变形区与塑性区交界处单位压力

p_m-塑性变形区平均单位压力

P-总轧制压力

ΔD_wi、ΔD_bi-工作辊及支承辊凸度分布值

L_i、H_i-来料单位长度、厚度横向分布值

i-分割模型中的段号

Δ、Δ₀-迭代收敛控制参数，一般情况下取值小于10^-3。

实施例1

钢种牌号DC51，厚度h＝0.2mm，宽度b＝1000mm，延伸率给定值ε_sv＝0.8％，延伸率允许控制偏差±0.2％，平整机张力系统能够提供的最大张力T_s＝90KN，平整机压下系统能够提供的最大轧制压力P_s＝4000KN，平整机弯辊系统能够提供的最大弯辊力S_s＝200KN，取前后张力的设定值Rsv＝61KN，延伸率允许偏差Δε₀＝0.2％÷3＝0.067％。

将上述参数分别输入过程计算机的轧制压力模型、最佳弯辊力模型等相关模型，通过计算得到轧制压力设定值Psv＝1710KN，弯辊力设定值Ssv＝101KN，轧制压力对延伸率传递系数k_pε＝61502KN，张力对延伸率传递系数k_σε＝12.8KN/mm²，弯辊力对轧制压力传递系数k_sp＝0.07。根据式(1)、(2)、(3)，得到张力实际值的给定上限值T_max＝0.8T_s＝0.8×90.0＝72.0KN，轧制压力实际值的给定上限值P_max＝0.5P_s＝0.5×4000.0＝2000.0KN，弯辊力实际值的给定上限值S_max＝0.8S_s＝0.8×200.0＝160.0KN。

根据图5的先调张力后调轧制压力控制延伸率流程图，某一控制周期内的控制过程如下：

若在某一延伸率控制周期内延伸率测量值为0.83％，延伸率设定值与测量值的偏差Δε＝0.8％-0.83％＝-0.03％，由于|-0.03％|＜Δε₀(＝0.067％)，故张力、轧制压力内环不作给定值调整，保持张力、轧制压力恒定，至此本控制周期结束，进入下一控制周期。

若在某一延伸率控制周期内延伸率测量值为0.71％，延伸率设定值与测量值的偏差Δε＝0.8％-0.71％＝0.09％，由于该偏差|0.09％|大于延伸率偏差给定值Δε₀(＝0.067％)，将可能需要对张力控制环或轧制压力控制环的给定值进行调整，其中ΔT＝k_σε Δεbh＝12.8×0.09％×1000×1.2＝13.8KN、ΔP＝k_pεΔε＝61502×0.09％＝55.4KN、ΔS＝k_spΔP＝0.07×55.4KN＝3.9KN。设当前控制周期出口张力实际值T₁＝67.0KN、轧制压力实际值P＝1780.0KN、弯辊力实际值S＝99.0KN，前一控制周期出口张力补偿量ΔT_n-1＝3.9KN、轧制压力补偿量ΔP_n-1＝55.4KN、弯辊力补偿量ΔS_n-1＝3.9KN。由于当前控制周期出口张力实际值T₁＝64.0KN＜T_max＝72.0KN，没有超过设定的张力上限值，那么当前控制周期张力控制内环按新的给定值Tsv+ΔT_n-1+ΔT＝61.0+3.9+13.8＝78.7KN进行控制，至此本控制周期结束，进入下一控制周期。

若在某一延伸率控制周期内延伸率测量值为0.7％，延伸率设定值与测量值的偏差Δε＝0.8％-0.71％＝0.1％，由于该偏差|0.1％|大于延伸率偏差给定值Δε₀(＝0.067％)，将可能需要对张力控制环或轧制压力控制环的给定值分别进行调整，其中ΔT＝k_σεΔεbh＝12.8×0.1％×1000×1.2＝15.4KN、ΔP＝k_pεΔε＝61502×0.1％＝61.5KN、ΔS＝k_spΔP＝0.07×61.5KN＝4.3KN。设当前控制周期出口张力实际值T₁＝73.1KN、轧制压力实际值P＝1750.0KN、弯辊力实际值S＝100.2KN，前一控制周期出口张力补偿量ΔT_n-1＝13.9KN、轧制压力补偿量ΔP_n-1＝36.4KN、弯辊力补偿量ΔS_n-1＝4.5KN。由于当前控制周期出口张力实际值T₁＝73.1KN＞T_max＝72.0KN，超过了设定的张力上限值，并且k_σεΔε＞0，那么当前控制周期不对张力控制内环的给定值进行补偿，对轧制压力进行补偿控制。故当前控制周期轧制压力内环给定值按Psv+ΔP_n-1+ΔP＝1710.0+36.4+61.5＝1807.9KN进行控制，相应地弯辊力控制环给定值按Ssv+ΔS_n-1+ΔS＝101.0+4.5+4.3＝109.8KN进行控制。至此本控制周期结束，进入下一控制周期。

实施例2

钢种牌号DC51，厚度h＝1.2mm，宽度b＝1000mm，延伸率给定值ε_sv＝0.8％，延伸率允许控制偏差±0.2％，平整机张力系统能够提供的最大张力T_s＝90KN，平整机压下系统能够提供的最大轧制压力P_s＝4000KN，平整机弯辊系统能够提供的最大弯辊力S_s＝200KN，取前后张力的设定值Tsv＝21KN，延伸率允许偏差Δε₀＝0.2％÷3＝0.067％。

将上述参数分别输入过程计算机的轧制压力模型、最佳弯辊力模型等相关模型，通过计算得到轧制压力设定值Psv＝2827KN，弯辊力设定值Ssv＝156KN，轧制压力对延伸率传递系数k_pε＝87833KN，张力对延伸率传递系数k_σε＝4.4KN/mm²，弯辊力对轧制压力传递系数k_sp＝0.12。根据式(1)、(2)、(3)，得到张力实际值的给定上限值T_max＝0.8T_s＝0.8×90.0＝72.0KN，轧制压力实际值的给定上限值P_max＝0.5P_s＝0.5×4000.0＝3200.0KN，弯辊力实际值的给定上限值S_max＝0.8S_s＝0.8×200.0＝160.0KN。

根据图6的先调轧制压力后调张力控制延伸率流程图，某一控制周期内的控制过程如下：

若在某一延伸率控制周期内延伸率测量值为0.84％，延伸率设定值与测量值的偏差Δε＝0.8％-0.84％＝-0.04％，由于|-0.04％|＜Δε₀(＝0.067％)，故张力内环不作给定值调整，保持张力恒定，至此本控制周期结束，进入下一控制周期。

若在某一延伸率控制周期内延伸率测量值为0.7％，延伸率设定值与测量值的偏差Δε＝0.8％-0.7％＝0.1％，由于该偏差|0.1％|大于延伸率偏差给定值Δε₀(＝0.067％)，将需要对轧制压力内环或张力控制环的给定值进行调整，其中ΔT＝k_σεΔεbh＝4.4×0.1％×0.2×1000＝0.88KN、ΔP＝k_pεΔε＝87833×0.1％＝87.8KN、ΔS＝k_spΔP＝0.12×87.8KN＝10.5KN。设当前控制周期轧制压力实际值P＝2880.0KN、弯辊力实际值S＝161.0KN、出口张力实际值S＝21.3KN，前一控制周期出口张力补偿量ΔT_n-1＝0KN、轧制压力补偿量ΔP_n-1＝42.1KN、弯辊力补偿量ΔS_n-1＝5.1KN。由于当前控制周期轧制压力实际值P＝2880.0KN＜P_max＝3200.0KN，没有超过设定的轧制压力上限值，那么当前控制周期轧制压力控制内环按新的给定值Psv+P_n-1+ΔP＝2827.0+42.1+87.8＝2956.9KN进行控制，相应地弯辊力控制环给定值按Ssv+ΔS_n-1+ΔS＝156.0+5.1+10.5＝171.6KN进行控制。至此本控制周期结束，进入下一控制周期。

若在某一延伸率控制周期内延伸率测量值为0.72％，延伸率设定值与测量值的偏差Δε＝0.8％-0.72％＝0.08％，由于该偏差|0.08％|大于延伸率偏差给定值Δε₀(＝0.067％)，将可能需要对张力控制环或轧制压力控制环的给定值分别进行调整，其中ΔT＝k_σεΔεbh＝4.4×0.08％×0.2×1000＝0.7KN、ΔP＝k_pεΔε＝87833×0.08％＝70.3KN、ΔS＝k_spΔP＝0.12×70.3KN＝8.4KN。设当前控制周期出口张力实际值T₁＝21.7KN、轧制压力实际值P＝3217.0KN、弯辊力实际值S＝193.2KN，前一控制周期出口张力补偿量ΔT_n-1＝0KN、轧制压力补偿量ΔP_n-1＝338.7KN、弯辊力补偿量ΔS_n-1＝43.1KN。由于当前控制周期轧制压力实际值P＝3217.0KN＞P_max＝3200.0KN，超过了设定的轧制压力上限值，并且k_pεΔε＞0，那么当前控制周期不对轧制压力控制内环的给定值进行补偿，对张力进行补偿控制。故当前控制周期张力控制内环按新的给定值Tsv+ΔT_n-1+ΔT＝21.0+0+0.7＝21.7KN进行控制。至此本控制周期结束，进入下一控制周期。

Claims (5)

1. 一种平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，同时保证带钢平整延伸率和板形，其特征是：

(1)根据带钢的厚度确定平整机延伸率的控制方式，综合发挥轧制力和张力对延伸率的调节作用，减小轧制力的波动，降低延伸率控制对带钢板形的不良影响：当带钢为厚度h＜0.5mm的薄带钢时，选择先调节张力后调节轧制力方式控制延伸率；当带钢为厚度范围0.5mm≤h≤1.0mm的一般厚度带钢时，选择先调节轧制压力后调节张力方式控制延伸率，或者选择先调节张力后调节轧制力方式控制延伸率；当带钢为厚度h＞1.0mm的厚带钢时，选择先调节轧制压力后调节张力方式控制延伸率；

(2)当轧制力发生调节变化时，对弯辊力进行自动跟随调节，降低轧制力调节变化对带钢板形的不良影响；

所述的控制方法由过程控制计算机和可编程序控制器PLC控制平整机实施，其实现过程是：

A.向计算机输入带钢的钢种、厚度h和宽度b、延伸率给定值ε_sv、延伸率允许控制偏差Δε₀、平整机设备能提供的最大张力T_s、最大轧制压力P_s、最大弯辊力S_s，选取前后张力的设定值Tsv和平整机设备参数；

B、根据所述的平整机延伸率控制方式确定控制方法，过程计算机自动确定或人工确定延伸率控制方式，经过程计算机内模型计算得到平整机设定值：轧制压力设定值Psv、弯辊力设定值Ssv、轧制压力对延伸率传递系数k_pε、张力对延伸率传递系数k_σε、弯辊力对轧制压力传递系数k_sp，计算得到给定的上限张力T_max、给定的下限张力T_min、给定的上限轧制压力P_max、给定的上限弯辊力S_max，发送给PLC作为平整机的控制参数；

C、在PLC延伸率控制系统中，延伸率控制闭环的内环是轧制压力闭环和张力闭环，根据过程计算机发送的延伸率控制方式，确定张力、轧制压力调节顺序：先调节张力后调节轧制力控制延伸率，或先调节轧制压力后调节张力控制延伸率，实现对延伸率和板形的综合优化控制。

2. 根据权利要求1所述的平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，其特征是先调节张力后调节轧制力控制延伸率方式，是通过调节张力控制延伸率，当实际张力超出限定范围时，保持张力恒定，再通过调节轧制力控制延伸率，其控制流程是：设当前控制周期为第n控制周期，

(1)如果延伸率设定值ε₀与实际反馈值ε的偏差|Δε|＝|ε₀-ε|＜Δε₀，式中Δε₀为设定的延伸率允许偏差，保持轧制压力、张力恒定，当前控制周期结束，进入第n+1控制周期；

(2)如果|Δε|≥Δε₀，延伸率闭环投入工作，首先对当前控制周期的出口张力实际值T₁是否超限进行检查，分两种情况：

(I)若当前控制周期的出口张力实际值T₁小于等于上限张力T_max、或者T₁大于给定的下限张力T_min，分别在入口张力给定值T₀₀、出口张力给定值T₁₀上叠加第n控制周期张力补偿量ΔT_n，所述ΔT_n＝ΔT_n-1+Δε·k_σε，或者只在入口张力给定值T₀₀上叠加张力补偿量ΔT_n，对张力进行前馈补偿控制；当前控制周期结束，进入第n+1控制周期；

(II)若当前控制周期的出口张力实际值T₁大于等于上限张力T_max，并且Δε·k_σε＞0、或者T₁小于给定的下限张力T_min，并且Δε·k_σε＜0，保持张力恒定，不对张力进行前馈补偿控制；接下来对当前控制周期的轧制压力实际值和弯辊力实际值是否超限进行检查，又分两种情况：

(a)如果轧制力实际值P小于给定上限轧制压力P_max、并且弯辊力实际值S小于给定上限弯辊力S_max，在轧制力闭环的给定值P₀上叠加第n控制周期轧制压力补偿量ΔP_n，所述ΔP_n＝ΔP_n-1+Δε·k_pε，对轧制力进行前馈补偿控制，同时也在弯辊力闭环给定值S₀上叠加第n控制周期弯辊力补偿量ΔS，所述ΔS_n＝ΔS_n-1+ΔP·k_sp，使弯辊力跟随轧制力变化自动调节；当前控制周期结束，进入第n+1控制周期；

(b)如果轧制力实际值P大于等于P_max、或者弯辊力实际值S大于等于S_max，并且Δε·k_pε＞0时，保持张力、轧制力恒定，当前控制周期结束，直接进入第n+1控制周期；或者将延伸率设定值ε₀减去Δε后，进入第n+1控制周期。

3. 根据权利要求1所述的平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，其特征是先调节轧制压力后调节张力控制延伸率方式，是通过调节轧制力控制延伸率，当实际轧制力或弯辊力超出限定范围时，保持轧制力恒定，再通过调节张力控制延伸率，其控制流程是：设当前控制周期为第n控制周期，

(1)如果延伸率设定值ε₀与实际反馈值ε的偏差|Δε|＝|ε₀-ε|＜Δε₀，保持轧制压力、张力恒定，当前控制周期结束，进入第n+1控制周期；

(2)如果|Δε|≥Δε₀，延伸率闭环投入工作，首先对当前控制周期的轧制压力实际值和弯辊力实际值是否超限进行检查，分两种情况：

(I)若轧制力实际值P小于给定上限轧制压力P_max、并且弯辊力实际值S小于给定上限弯辊力S_max，在轧制力闭环的给定值P₀上叠加第n控制周期轧制压力补偿量ΔP_n，所述ΔP_n＝ΔP_n-1+Δε·k_pε，对轧制力进行前馈补偿控制，同时也在弯辊力闭环给定值S₀上叠加第n控制周期弯辊力补偿量ΔS，所述ΔS_n＝ΔS_n-1+ΔP·k_sp使弯辊力跟随轧制力变化自动调节；当前控制周期结束，进入第n+1控制周期；

(II)若轧制力实际值P大于等于P_max、或者弯辊力实际值S大于等于S_max，并且Δε·k_pε＞0时，保持轧制压力恒定，不对轧制压力进行前馈补偿控制；对当前控制周期的出口张力实际值是否超限进行检查，又分两种情况：

(a)如果当前控制周期的出口张力实际值T₁小于等于上限张力T_max、或者T₁大于给定的下限张力T_min，分别在入口张力给定值T₀₀、出口张力给定值T₁₀上叠加第n控制周期张力补偿量ΔT_n，所述ΔT_n＝ΔT_n-1+Δε·k_σε，或者只在入口张力给定值T₀₀上叠加张力补偿量ΔT_n，对张力进行前馈补偿控制；当前控制周期结束，进入第n+1控制周期；

(b)如果当前控制周期的出口张力实际值T₁大于等于上限张力T_max，并且Δε·k_σε＞0、或者T₁小于给定的下限张力T_min，并且Δε·k_σε＜0，保持张力、轧制力恒定，当前控制周期结束，直接进入第n+1控制周期；或者将延伸率设定值ε₀减去Δε，后进入第n+1控制周期。

4. 根据权利要求1所述的平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，其特征是给定的上限张力T_max、给定的下限张力T_min、给定的上限轧制压力P_max、给定的上限弯辊力S_max的取值方法是：

T_max＝Min((0.25～0.4)σshb，α_TT_s)(1)

T_min＝0.1σ_shb

式中σ_s-带钢的屈服强度，h-带钢厚度，

b-带钢宽度，α_T-安全系数，取α_T≤1.0，

T_s-平整机张力系统能够提供的最大张力，

P_max＝α_PP_s    (2)

式中α_P-安全系数，取α_P≤1.0

P_s-平整机压下系统能够提供的最大轧制力，

S_max＝α_sS_s  (3)

式中α_s-安全系数，取α_s≤1.0

S_s-平整机弯辊系统能够提供的最大弯辊力。

5. 根据权利要求1所述的平整机延伸率轧制力张力弯辊力综合优化控制方法，其特征是所述轧制力对延伸率的传递函数k_pε可按下式计算得出：

$k_{\mathrm{p\ϵ}}=\frac{\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\Δ\ϵ}}=\frac{P(\mathrm{\ϵ}+\mathrm{\Δ\ϵ})-P\left(\mathrm{\ϵ}\right)}{\mathrm{\Δ\ϵ}}---\left(4\right)$

式中P(ε)，P(ε+Δε)——按轧制力计算模型在延伸率为ε、ε+Δε时的轧制力预报值；

所述弯辊力跟随轧制力变化的修改值可以按下式计算：

Δ(2S₁)＝k_SPΔP    (5)

式中S₁-延伸率为ε时最佳弯辊力的设定值，

$k_{\mathrm{SP}}=\frac{\mathrm{\Δ}\left(2S_1\right)}{\mathrm{\ΔP}}$ ——弯辊力对轧制力的传递函数，通过轧制力模型和最佳弯辊力模型在线计算得到；

所述张力对延伸率的传递函数为：

$k_{\mathrm{\σ\ϵ}}=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\σ}}_1}{\mathrm{\Δ\ϵ}}=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\σ}}_0}{\mathrm{\Δ\ϵ}}=-\frac{\∂P}{\∂\mathrm{\ϵ}}/(\frac{\∂P}{\∂{\mathrm{\σ}}_1}+\frac{\∂P}{\∂{\mathrm{\σ}}_0})---\left(6\right)$

其中， $k_{\mathrm{p\ϵ}}=\frac{\∂P}{\∂\mathrm{\ϵ}}$ 按(4)式计算，

和

也按相同方法由轧制力模型计算得到。

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