CN101084075A - 在轧机机架的出口处的金属带材的平面度调节 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于调节在轧机机架的出口处的金属带材的平面度的方法，该轧机机架调节平面度的装置，该装置包括至少一个动态平面度传动装置，在轧制过程中，根据该方法，由通过分布于所述带材的宽度上的n个点的值D的测量结果来表征带材的平面度，基于n个值D的测量结果，然后通过使用对平面度的平面度调节的作用模型和优化方法，确定用于调节装置的全部设定值，所述的全部设定值包括至少一个用于动态传动装置的基本设定值，从而计算的残余平面度误差标准最小化，并且通过用于调节平面度的装置执行全部的设定值，其特征在于，对于每一个动态传动装置，用于确定全部的设定值的平面度的作用模型包括与表征平面度的值D的测量结果的点一样多的子模型，当设定值应用于相应动态传动装置时，每一个子模型能够计算在相应的动态传动装置的相应点处对值D的影响。

Description

在轧机机架的出口处的金属带材的平面度调节

本发明涉及一种在轧机机架的出口处的金属带材的平面度调节，该轧机机架安装有包括至少一个平面度的动态传动装置的用于调节平面度的装置。

通常通过轧制并且最经常地通过在轧制机组上轧制来制造诸如金属带材的扁平的金属产品，该轧制机组由多个轧机机架构成，该轧机机架具有用于轧平轧制带材的轧辊，并被相继放置而被所述带材连续横向穿过。

此轧制可以是热轧或冷轧，当通过轧制预热板坯而获得或通过薄带材铸造而生产带材时为热轧，当通过附加轧制一通过热轧而预先获得的带材而获得带材时为冷轧。在这两种情况下，在轧机的出口处缠绕带材。

在这种轧制过程中，特别是由于在轧制过程中施加在产品上的压力造成的轧辊变形，所获得的带材的横截面通常不是完美的矩形。

此外，如果没有适当调节从一轧制操作到下一操作的一系列的截面，带材的不同纵向构造的延长是不同的。这可能导致平面度缺陷，该平面度缺陷通过仅分布在带材宽度的一部分上的未显影的轧波纹而表现出来。这些轧波纹可沿着带材的中心线，此时该种缺陷被称作中心弯曲；或者轧波纹在带材的一边或两边，此时该种缺陷称作边缘波动；或者轧波纹在带材的中心线和带材的边缘中间的部分。

在热轧过程中通常清楚可见的平面度缺陷在冷轧过程中由于在冷轧过程中施加在带材上的张力而通常较少看到。

误差是否直接可见或不直接可见，平面度缺陷可以通过合适的装置，例如平面度测量辊来测量。

为了限制平面度缺陷，可以采取措施以限制轧机的轧辊的变形，特别是工作辊的变形。这些措施与轧机的性质相关。实际上，通常带材在由四辊式轧机机架构成的轧机上轧制，即机架包括两个工作辊，每一个工作辊被支撑在一个更大的支撑辊之上，但是带材还可以在六辊式轧机机架上轧制，而工作辊支撑在侧向平移中可移动的中间辊上，中间辊依次被支撑在更大直径的支撑辊上。

在所有情况下，在每一个轧机机架的出口处的带材的横截面可至少局部控制，并且因此可以限制所述平面度问题。可以通过调节轧辊的加工曲面(bombé d’usinage)进行该控制，即当加工轧辊表面时产生沿它们长度的直径变化，从而产生了轧辊的挠曲(cambrage)，即产生于反偏转力并抵消产生于轧制力的偏转力的偏转(施加到轧辊颈)，确保了工作辊的轴线相对于支撑辊的轴线轻微交叉，这改进了工作辊在支撑辊上的支撑条件并因此改进了在轧辊上的横向压力分布以及因此的轧辊变形。

通过移动在移动中的中间辊以及通过将它们放置在基于将要制造的带材的宽度的位置处，还可以在一个六辊式轧机机架上调节轧机对带材宽度的行为。

还可以设计可变曲面的轧辊，该轧辊为由可动外盖构成的支撑辊，该外盖围绕支撑件旋转安装并且通过能够朝工作辊的气隙施加压力的千斤顶连接至支撑件。这些沿可变曲面的轧辊的长度放置的千斤顶，能够根据轧制的带材的宽度按要求调节工作辊上的支撑辊的压力分布。

还可以使用喷洒轧辊的喷嘴，该喷嘴确保沿轧制线适当地分布喷洒。该喷洒对轧辊的表面温度产生作用并且，从而由于热胀而对轧辊的直径产生作用。

最后，为避免或解决所述带材两侧的不对称问题，可以从机架的任意一侧调节辊缝，并且因此确保轧辊的侧向倾斜。

所有这些调节轧机的装置可以在轧制带材之前进行预先定位，理论上，这能够获得具有所需厚度的截面的带材并且带材非常平坦或具有受控缺陷。

然而，这些先验调节是不充分的。实际上由于多种原因，带材的性能沿它们的整个长度是不稳定的。这种结果在于，虽然在带材的一个限定部分优化调节轧机以获得非常平坦的带材，但是对带材的另一部分来说该轧机的适当调节未必是必要的。

为了克服这种缺点，提出了测量轧机机架的出口处的带材的平面度，并且使用该平面度测量以作用于调节轧机机架的某些参数。

这些参数是用于调节动态传动装置的参数，所述动态传动装置即可以在轧制过程中修正设置的传动装置。实际上，在所有提及的传动装置中，某些传动装置由于必须施加的力太大而不能简单地在轧制过程中调节，另一些由于它们的性质而不能调节。

不能在轧制过程中调节的传动装置被称作静态传动装置。这些静态传动装置，例如是轧辊的加工曲面、六辊式轧机机架的中间辊的侧向平移或工作辊的交叉。

另一些传动装置，因为它们可以在轧制过程中调节，所以被称作动态传动装置，是工作辊或中间辊的曲面，如果还有的话，是用于调节可变曲面的轧辊的曲面的每个千斤顶、这个或那个喷洒管(une ramped’arrosage)的喷嘴的打开或闭合、以及轧辊的倾斜装置。

为了连续调节平面度，通常使用由平面度测量装置执行的测量值来表示多项式近似形式的带材的平面度误差。

使用多项式近似来确定由相关的轧机机架上可用的动态传动装置所应用的设定值。

基于多项式近似的方法具有不是很精确的缺点，此外为了控制复杂的动态平面度传动装置，诸如具有可调节曲面的、对应于多个独立的基本传动装置的轧辊难以应用该方法。

本发明的目的是通过提出了一种用于在轧制薄金属带材的过程中控制动态平面度传动装置的装置而克服所述缺点，该装置比现有技术中已知的装置更精确并且特别容易应用于控制复杂的传动装置，例如具有可调节曲面的轧辊。

因此，本发明的目的是一种用于调节在轧机机架的出口处的金属带材的平面度的方法，该轧机机架具有调节平面度的装置，该装置包括至少一个动态平面度传动装置。根据该方法，在轧制过程中，由通过分布于所述带材的宽度上的n个点的测量值(grandeur)D来表征带材的平面度。基于n个点的值D的测量结果，并通过使用对调节平面度的装置的平面度的作用模型以及优化方法，确定用于调节装置的全部设定值，所述全部设定值包括至少一个用于动态传动装置的基本设定值，从而计算的平面度残余误差标准最小化。然后通过用于调节平面度的装置执行全部的设定值。在该方法中，对于动态传动装置，用于确定全部的设定值的平面度的作用模型具有与表征平面度的值D的测量结果的点一样多的子模型，当设定值应用于相应动态传动装置时，每一个子模型能够计算在相应的动态传动装置的相应点处对值D的影响。

优选地，以全部设定值的应用与传动装置的可操作约束相兼容的方式确定所述的全部设定值。

所述一个或多个传动装置由例如至少一个下述装置构成：工作辊或中间辊的曲面的调节装置、用于内部调节可变曲面支撑辊的压力的千斤顶、喷嘴、轧辊的倾斜装置。

优选地，调节平面度的装置包括多个动态传动装置，而全部设定值包括用于每一个动态传动装置的基本设定值，并且为了确定全部的设定值，例如执行计算每一个动态传动装置对平面度的作用总和以确定所计算的残余平面度误差。

通常，动态传动装置的作用模型与所述带材的宽度有关。

调节平面度的装置还可以包括至少一个在轧制所述带材之前根据将轧制带材的宽度预调节的静态平面度传动装置，并且通过采用静态传动装置的预先调节设定值来确定动态传动装置模型。

至少一个静态传动装置是例如侧向平移的轧辊或交叉的轧辊。

所计算的残余平面度误差标准可以是至少一个在所计算的残余平面度误差和目标平面度误差之间的标准偏差(l’écart)的增加的正函数。

所计算的残余平面度误差标准可以是例如所计算的残余误差的平方差。所计算的平面度残余误差的标准还可以是所计算的残余误差的最大范围(l’amplitude)。所计算的误差的标准还可以是上述两种标准的结合。

所计算的残余平面度误差标准可额外地包括静态成本因子和/或动态成本因子。

优选地，表征平面度的值D的测量点的数目n与所述带材的宽度有关。

例如借助于平面度测量装置，诸如具有多个跨轧制线的宽度横向分布的测量区域的平面度测量辊，来测量值D。

优选地，在连续的时间间隔进行估计平面度误差、限定用于动态传动装置的设定值以及调节动态传动装置。

连续的时间间隔可以与所述带材的进给速度有关，并且例如可以与该速度成反比。

可以通过使用在机架上的轧制模拟模型来确定轧制的预先调节设置和基本传动装置的作用模型。

优选地，在轧制带材之前，借助于轧制模拟模型，计算适用于轧制带材的静态和动态传动装置的预先调节的设定值，通过线性化逼近预先调节的设定值来计算基本动态传动装置的作用模型，预先调节轧机机架并且将基本动态传动装置的作用模型的参数传送到调节装置。

根据本方法(le procédé)，还可以测量至少一个附加的轧制参数，诸如具体是，轧制力或张力，并且在借助于调节装置的作用模型和优化方法来确定用于调节装置的全部设定值之前，借助于优选的作用模型来确定至少一个用于优选动态传动装置的设定值的调节，并且在确定用于调节装置的全部设定值时考虑这个或这些调节。

所述优选的动态传动装置可以是工作辊的曲面。

根据本发明的方法可以通过计算机来实施，且尤其应用于冷轧。

最后，本发明涉及用于实施该方法的软件。

现参考附图以一种更准确但并不局限的方式描述本发明，其中：

-图1是设有平面度测量辊的四辊式轧机机架的平面度调节方法的总体示意图；

-图2是调节方法的局部详细示意图，该方法确定将传送到轧机机架的平面度传动装置的设定值。

为了轧制诸如带材之类的薄金属，使用包括至少一个静态平面度传动装置和至少一个动态平面度传动装置的连续轧机机架。这些平面度传动装置将在下面明确表述。

在该轧机机架的下游设有一种用于测量平面度的装置，其通过对横向设置在带材上的不同点进行测量来确定平面度。

更确切地，用于测量平面度的装置是例如平辊，其长度等于轧制线的宽度。沿该平辊的长度在精细测量的距离处放置有多个与带材接触的传感器。有效传感器的数目与所述带材宽度相关。实际上，仅仅干扰带材的传感器有效，即仅沿长度小于或等于带材的宽度的线放置的传感器有效。此外，轧制带材可以比轧制线的宽度窄。

因此，用于测量平面度的装置在测量的时候表示带材的平面度特征，即在给定点上，通过一系列的、其中每一个都对应于来自传感器的测量值表征。这些测量的组合形成了尺寸矢量(dimension)n，n与带材的宽度相关并等于有效的传感器的数目。

如果表征平面度的值称为D的话，在给定时刻平面度测量由列矢量表示。

$D\left(t\right)=\left(\begin{array}{c}D1\left(t\right)\\ D2\left(t\right)\\ .\\ .\\ .\\ \mathrm{Dn}\left(t\right)\end{array}\right)$

为了消除或至少减少可以在轧机出口处的带材上测量的平面度缺陷，必须确定对一个或多个动态传动装置的设置进行调节(réglage)，从而以此方式补偿测量的平面度误差。为此，使用平面度测量的每一个区域的每一个动态传动装置的作用模型，并且通过使用第一测量的平面度误差，以及第二传动装置对平面度的作用而解决了包括最小化所计算的成本函数(function de 

)的优化问题，同时努力保持在对每一个动态传动装置所施加的作用的约束内，以便不超出这些动态传动装置的作用范围，或以便保持不涉及平面度的轧机机架的某些调节装置，例如对厚度有影响的调节装置。此处应该强调的是动态传动装置包括一种用于调节轧机的装置，其中所述调节装置可由单独参数限定并且可能独立于其它的在所述轧机上可用的动态传动装置而修正。从这点看，动态传动装置是例如工作辊的曲面或中间辊的曲面，或在可变曲面的轧辊的单独有效千斤顶上的作用，或喷洒管上的喷嘴。实际上，特别是在由几个并排放置的喷嘴构成的喷洒管的情况下，每一个喷嘴都可以单独控制。这对于可变曲面的轧辊的不同千斤顶来说同样是正确的。

在动态传动装置的限定下，用于确定为调节平面度而施加在这些动态传动装置上的作用的模型是线性模型，通过该线性模型所确定的传动装置对平面度的作用由一列矩阵表示，其中元素的数目等于有效平面度测量的区域的数目。

对于带材来说，其宽度是在n个隔离区域进行平面度测量的尺寸，用于动态传动装置j的矩阵是具有n个元素的列矩阵P_j。

$P_j=\left(\begin{array}{c}{P}_{1j}\\ P_{2j}\\ .\\ .\\ .\\ P_{\mathrm{nj}}\end{array}\right)$

因此，传动装置的操作模型是与用于轧制的金属板或带材的宽度相关的模型。在该模型中，传动装置在每一个平面度测量点的作用被认为是线性作用，并且因此与该传动装置的调节装置中的变化成正比。例如，如果传动装置是工作辊的曲面，则调节参数是曲面力(l’effort decambrage)。该曲面对沿所述带材的宽度设置的不同点上的作用将与曲面力成正比，比例系数是与曲面作用矩阵相符的系数。这对于可变曲面的轧辊的每一个千斤顶来说同样是正确的。

当轧机机架安装有多个动态传动装置时，每一个动态传动装置都由一个作用系数的列矩阵表示，并且因此所有传动装置对平面度的影响由具有n行和m列的矩形表示，其中n是在其中测量带材的平面度缺陷的区域的数目，而m是独立的动态传动装置的数目。

此外，轧机的调节由具有m个元素的列矩阵x＝[x_j]所限定，每一个元素都相对于相同秩的传动装置的调节。调节相对于通常状态(l’étatcourant)的校正量由矩阵Δx＝[Δx_j]来表示。

因此，在此模型中，对轧机的确定的调节的校正量的平面度作用由具有n列的列矢量a＝[a_j]表示，并且其等于由表示轧机的调节的变化的列矩阵乘以表示作用的矩形矩阵的乘积。

系数为P_ij的作用矩阵P表示为：其中i从1至n，j从1至m

P＝[P_ij]＝[P₁，P₂，...，P_m]

然后所述模型表述为：

a＝P×Δx

或

$a_i=\underset{j=1,m}{\mathrm{\Σ}}{P}_{\mathrm{ij}}{\mathrm{\Δx}}_j$

要解决为了寻找优化的轧机调节的问题包括确定用于轧机的设定值的矢量，从而在恰好测量的平面度误差的矢量和表示动态传动装置对平面度的作用的矢量之间的差异尽可能的小，所述优化的轧机调节将所测量的平面度误差最小化。所述差异可以以几种方式限定。根据第一种方法，该差异可以由在误差矢量和补偿矢量之间的标准差平方来指定。因此它是二次优化法。

如果D＝[D_i]是平面度误差矢量，必须寻求下式的最小值：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}={\left|\right|D-a\left|\right|}^2=\underset{t=1,n}{\mathrm{\Σ}}{(D_i-a_i)}^2$

所述偏差还可以限定为偏差的最大范围，该最大范围存在于平面度作用矢量和补偿矢量之间。

然后包括最小化：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}=A_{\max }=\underset{k}{\mathrm{Max}}(D_k-a_k)-\underset{l}{\mathrm{Min}}(D_l-a_l)$

当所述误差分布在正值和负值之间时，A_max可以表述为：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}=A_{\max }=1/2\underset{k}{\mathrm{Max}}\left[\right|D_k-a_k|+(D_k-a_k)]$

$+1/2\underset{l}{\mathrm{Max}}\left[\right|D_l-a_l|-(D_l-a_l)]$

k＝1，m；l＝1，m。

应该注意到通过试图最小化等于两个前述值的线性组合的成本函数

将两种逐步接近法组合起来是可能的：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}=\mathrm{\λ}{\left||D-a|\right|}^2+\mathrm{\μ}{A}_{\max }$

λ和μ是两个具有下述关系的标量：

λ+μ＝1。

如上所限定的经济函数(fonction éconimique)假定目的是获得一个零平面度误差，即例如：

D_i＝0_i。

并且，对于某些申请来说，采用例如其边缘将被回转剪切的带材，它可以希望用于轧制以导致轻微的中心弯曲型缺陷，从而例如在剪切之前正确拉伸该边缘。

更通常地，可以希望获得带材，其平面度测量对应于目标平面度误差D_v。

在这种情况下，经济函数对应于该目标的偏差并且表述为：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}={\left|\right|D_v-(D-a)\left|\right|}^2$

或

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}=\mathrm{\Δ}{A}_{\max }=\underset{k}{\mathrm{Max}}[D_{\mathrm{vk}}-(D_k-a_k)-\underset{l}{\mathrm{Min}}[D_{\mathrm{vl}}-(D_l-a_l)]$

或同样地：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}=\mathrm{\λ}{\left|\right|D_v-(D-a)\left|\right|}^2+\mathrm{\μ\Δ}{A}_{\max }$

在一个由每一个传动装置的调节约束所限定的域中进行此算法(calcul)，该算法因此包括最小化与所计算的残差的偏差的范围相关的值。实际上，可施加在每一个传动装置上的作用由传动装置的能力(capacité)和其它与轧机的安全性相关的约束所限制。对于以实际的方式操作的调节作用而言，必须确定每一个传动装置的设定值，该设定值是与轧机机架的实际性能相兼容的设定值。

这意味着施加以下类型的约束：

L_j×Δx_j≤b_j

所述系数b_j可能与传动装置的实际调节x_i相关。

此外，可以施加约束，该约束的作用在于将平面度调节从其它的例如厚度调节之类的分隔型的调节相拆离。这种约束表述为以下形式的等式：

E_j×Δx_j＝e_j

最后，可预期限制调节变化的速度。为此，下述类型的约束可以合并为：

Δx_jmin≤Δx_j≤Δx_jmax

因此获得一个在经济函数的线性约束下的优化模型，该经济函数为线性函数或二次函数。这种优化问题的解决方法是为本技术领域的普通技术人员所熟知的方法。该优化使得确定每一个传动装置的基本设定值是可能的，该基本设定值的组合构成了调节轧机机架的全部设定值。

特别地，当优化标准是二次优化时，优化问题的解决方案可以使用例如包括解决基于库恩一塔克(Khun和Tucker)条件构造(construir)的线性问题的沃尔夫(Wolf)法，其使用一种近似单纯形法的方法。

这些方法是已为本技术领域中的普通技术人员所熟知的。

当优化标准包括优化平面度误差的范围时，表达为以下形式：

$A_{\max }=1/2\underset{k}{\mathrm{Max}}\left[\right|D_k-a_k|+(D_k-a_k)]$

$+1/2\underset{l}{\mathrm{Max}}\left[\right|D_l-a_l|-(D_l-a_l)]$

这足以引入两个附加的变量u和v以及增加以下类型的约束：

2u≥|D_k-a_k|+(D_k-a_k)k＝1，n

2v≥|D_l-a_l|-(D_l-a_l)l＝1，n

所述问题因此解决了最小化偏差u+v同时满足前面限定的所有约束。

这是一种典型的线性规划问题。

应该注意到，当用于最小化的经济函数是两种类型的函数的组合时，通过将上述的两种方法组合起来而解决所述优化问题。然后获得一个凸二次规划问题，其中用于最小化的经济函数表述为：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}=\mathrm{\λ}{\left||D-a|\right|}^2+\mathrm{\μ}(u+v)$

本技术领域中的普通技术人员容易理解当目标平面度误差D_v不为零时，以同样的方式应用上述解决问题的方法。

应该注意到在所述调节过程(processus)中，所确定的动态传动装置的设定值是调节动态传动装置的调节装置的设定值并且不是绝对的设定值。

实际上，所测量的平面度误差是残余平面度误差，该残余平面度误差起因于带材的特性以及机架的预先调节，即预先存在动态调节作用的调节。

所测定的传动装置的值是调节中的偏差，其必须施加到动态传动装置上以便补偿刚刚测得的残余平面度误差。这些值组成矢量Δx。

此外，对于已为本技术领域中的普通技术人员所知的原因，在调节域中，为了确保在这种动态调节中的某些稳定性，必须补全(compléter)用于优化成本的经济函数，该成本首先对应于动态成本，其目的是避免在不同的可能解决方法之间的波动，这些不同的可能解决方法彼此相接近，第二是对应于静态成本，该静态成本旨在使得调节过程在不同的传动装置间以每一个传动装置保持最接近它的参考位置的方式分布作用。

当进行所考虑的平面度测量时，上述的x是表示动态传动装置在该时刻的所有设定值的矢量，

-动态成本表述为：

C_dyn＝(K_d·Δx)²

K_d是动态成本矢量。

-静态成本表述为：

C_stat＝K_s·(x+Δx)。

K_s是静态成本矢量。

用于最小化的成本函数 以其最通常的形式表述为：

$F_{\mathrm{co}\hat{u}t}={\mathrm{\λ}\left|\right|D_v-(D-a)\left|\right|}^2+\mathrm{\μ}(u+v)$

$+G_d\×C_{\mathrm{dyn}}+G_s\×c_{\mathrm{stat}}$

G_d和G_s是可以根据需要调节的增益(gain)。

在这些条件下，解决的问题在其最通常的形式下是凸二次规划问题。

当选择λ＝0和G_d＝0时，该问题是一个线性规划问题。

在刚刚描述的实施方案中，在所有的线性或二次规划问题中考虑了所有的动态传动装置。

当传动装置表现出线性行为时这没有产生任何问题，其为所有相关的传动装置的情况，然而仅仅全部工作或都不工作的喷嘴除外。

当需要考虑到喷嘴时，可以或者使用一种称为“全部数目”的问题解决方法来解决规划问题，这种方法完全公知；或者使用一种不试图优化喷嘴的使用的方法来解决该规划问题，并且然后，如有必要通过进行一个或多个迭代以校正局部缺陷来优化喷嘴的使用。在此情况下，线性问题的矩阵P不包括对应于喷嘴的列。

此方法有益，不仅仅由于它比根据现有技术的调节方法更精确以及很好地适应于复杂或多种的传动装置，还由于它使得平面度误差范围值最小，该平面度误差范围值与不可微分并因此不可能通过常规调节装置而调节的标准相对应。

通过具有至少一台计算机的自动控制来执行刚刚描述的调节方法。

现将参考附图描述该自动控制的结构和它的操作方法。

图1示出了一种用于调节在通常由编号2表示的轧机机架的出口处的金属带材1的平面度的自动控制，以已为本技术领域中的普通技术人员所知的和非限制性的方式，包括在其间轧制带材1的两个工作辊3、3’，所述工作辊3、3’支撑在两个支撑辊4、4’上。以已知的方式通过未示出的电机驱动工作辊。轧机机架包括来自上述传动装置的静态和动态传动装置，以及用于调节这些不同传动装置的装置5。

这些装置已为本技术领域中的普通技术人员所知并且在附图中仅用方块的象征方式表示这些装置。

用于调节所述传动装置的装置5能够接收限定调节的设定值的信号并且能够发射表示每一个传动装置的有效调节的信号。

在轧机机架2的下游，带材1通过一个用于测量平面度的装置6，该装置可为本领域所公知的平面度测量辊。

通常自动平面度控制包括一个以软件形式安装在处理控制计算机中的调节装置模型8。

通过使用在轧制过程中借助于轧机机架和带材的相互作用的模拟模型7所确定的参数，调节装置模型8制定(élaborer)基于在轧机机架上和带材上所采用的测量装置的传动装置的设定值。

模拟模型7以软件的形式安装在计算机中，该计算机可以是上述的处理控制计算机或离线工作的计算机。

这样一个在轧机机架上轧制的模拟模型已为本技术领域中的技术人员所知。使用关于轧机和关于待轧制的带材的数据，例如带材宽、轧制之前的横截面厚度、材料的性质和特性等等，这使得可能计算例如，在机架的出口处的横截面的厚度、带材的纵向结构的延长、带材的温度变化、轧制力、轧制扭距等等。

使用入口处的带材特性和出口处的带材特性，所述模型还使得能够确定不同的轧机传动装置的理论上最适宜的调节。

最后通过围绕参考值，执行与每一个传动装置的调节装置的设定值的单位矢量变化相应的计算，模拟模型使得能够计算对平面度误差的传动装置的作用系数。这些系数是如上所限定的调节模型的矩阵P的系数Pij。

调节模型8是使用与待轧制的金属板以及轧机的预先调节设定值相符的矩阵P来计算使用平面度测量的动态传动装置的设定值。

调节模型8包括模型16以及模型18，模型16用于解决线性或二次规划问题，以确定动态传动装置的优化设定值的调节Δx，模型18用于首先根据设定值的优化调节，其次根据轧制速度制定用于动态传动装置的设定值x。

实际上，可以希望错开应用设定值x。在这种情况下，模型18根据轧制速度作出将设定值以一系列连续的部分调节的形式传送到传动装置，从而，在该过程的最后，传动装置的设定值等于由调节模型16所限定的设定值。

有两个连续阶段，首先，轧制特定的带材之前的预备阶段，在该阶段确定轧机机架的预先调节设定值和调节模型的系数，其次与带材的有效轧制相符的调节阶段。

在预备阶段中，待轧制的带材的特性9(宽度、入口厚度、目标输出厚度、金属特性等等)被引入到模拟模型7，该模拟模型7的参数9’表示以完全公知的方式已调节的轧机机架，以与希望在其上进行轧制的轧机机架相符。使用模拟模型7，计算与理论上预调节能够优化具有引入到所述模型特征的轧制带材相符的轧机机架的全部的预调节设定值10。该全部设定值10包括矢量x₀和矢量y₀，矢量x₀与动态传动装置的设定值相对应，具有与基本的动态传动装置一样的维数，y₀与静态传动装置的设定值相对应，具有与基本的静态传动装置一样的维数。

所述模型还在接近设定值x₀计算动态传动装置对平面度的作用的线性化模型。此线性化模型是能够计算设定值Δx的变化对平面度的作用a的矩阵P。

维数n×m的矩阵(n与测量平面度的区域的数目相符，而m与基本动态传动装置的数目相符)具有等于起因于基本传动装置j的单位设定值变化Δx_j＝1的作用a_i的系数P_ij。

此矩阵与待轧制带材的特性以及预先调节设定值x₀和y₀有关：

P＝P(x₀，y₀，带材的特性)。

此外，有两种可能的操作方法。

在第一种操作方法中，对于带材的每一变量(宽度、厚度、金属质量，等等)，将对应特性9引入模型7。然后该模型计算设定值x₀和y₀(在附图中用10表示)以及矩阵P，该设定值x₀和y₀被传送到调节轧机机架的装置5，矩阵P与被传送到调节模型8的线性化模型(在附图中用11表示)相对应。

在第二种操作方法中，使用模拟模型7，计算在先用于一组带材规格的预先调节的设定值和线性模型矩阵，该设定值和线性模型矩阵确保一组预期能够制造的可能的带材规格和带材质量的合适节点。预先调节的设定值和因此获得的线性模型存储在文件中并且，当轧制特定的带材时，在文件中搜索对应参数，这些参数如上述情况中所述的被传送到用于控制轧机机架的装置(传动装置的调节装置和调节模型)。

在与带材1的实际轧制相应的调节阶段，模拟模型7是无效的。

调节模型8接收与矩阵P相应的值11以及与调节模型相应的、操作员可以选择或用于控制轧机的装置可以实施的各种参数12。

这些参数12是，例如：

-目标残余平面度误差D_v；

-系数λ，μ，使得能够选择二次标准和正负峰间值(或幅度)标准的相对权重(les poids)。

-系数G_d和G_s，使得能够调节控制调节过程所需的动态和静态成本。

在轧制过程中，在定期间隔或平面度测量辊6的每一转，调节模型接收：

-在时刻t的平面度误差测量值13，其由矢量D(t)表示；

-轧机速度的测量值14；

-在时刻t的动态传动装置的设定值15’，其由矢量x(t)表示。

参数12、平面度误差测量值13以及传动装置的设定值15’，都被传送到包括在调节模型8中的优化模型16。

优化模型16是公式化并解决了在约束下的优化问题的模型，并且因此计算用于动态传动装置的设定值的目标17。此设定值的目标首先与矢量Δx(t)相对应，其次与在时刻t+Δt的动态传动装置的目标设定值相对应，由矢量表示为：

x(t+Δt)＝x(t)+Δx(t)

设定值的目标17然后被传送到模型18，为了获得更好的动态响应，模型18根据基于轧制速度14持续计算的目标响应时间，即传感器或传动装置的响应时间，确定在每一时刻传送到机架的调节装置5的即时设定值，使得不能迟于时刻t+Δt，传动装置的调节等于目标设定值x(t+Δt)。

在此关系中，应该注意可以希望通过固定的时间间隔使调节节奏化。然而，从而使设定值传送有规律地分布在带材长度上，可以希望使调节过程节奏化。在这种情况下，时间间隔应该与带材的即时速度成反比。

在上面，不包括静态和动态成本的成本函数由残余平面度误差的平方差标准或最大范围标准限定。然而，可以根据需要选择其它的标准。

当平面度残余偏差标准增加时，与正函数和增函数相对应的标准是充分的。

具体地，不包括静态或动态成本的成本函数可以表述为：

其中φ_i≥0，至少一个φ_i＞0，且n_i＞0

以及还可以表述为：

其中φ_k和φ₁≥0，至少一个φ_k＞0并且n_k和n₁＞0。

最后，它可以与两个前面公式表述的线性组合相对应。

此外，已经描述的平面度调节考虑到平面度传动装置设定值和轧制速度的平面度误差测量。然而，还可以采用附加参数例如轧制力或带材张力，该参数可以在轧制过程中变化并对平面度具有影响，并且可以使用一个或多个附加参数以优选地调节某些动态传动装置，该动态传动装置的作用与附加的、所考虑的一个或多个参数具有特定的交互作用。例如，当所考虑的附加参数是轧制力时，优选的传动装置可以是工作辊的曲面。

在这种情况下，每一个附加参数的即时测量值被传送到所述模型，该模型将即时测量值与一个参考值进行比较并推导出至少一个用于优选的平面度传动装置的设定值调节。通过以与上述限定的调节装置的作用模型相同方式所获得的优选的作用模型进行这个调节或这些调节。一旦确定了这些调节，将它们引入调节模型以通过上述的优化方法确定动态传动装置的优化调节装置。

如上所述，此过程可以应用于包括一系列轧机机架的轧制机组，该轧机机组可以为“卷到卷”或“持续”型。

然而，该过程还可以应用于单个机架。

该过程可同样地应用于热轧或冷轧或表皮光轧。

用于测量平面度的装置可以为任意类型并且具体地可以为平面度测量辊，诸如那些例如在专利FR2468878中所描述的。当平面度缺陷可见时，例如在热轧机上，用于测量平面度的装置可以为已知的激光三角测量装置。

动态传动装置不局限于已经提及的那些传动装置，诸如，例如可变曲面支撑辊、例如在专利FR2553312中所描述的。可以考虑任意的动态传动装置。

最经常地，用于控制平面度的装置可应用于单机架轧机或在多机架级联轧机中的最后一级机架。然而，它们可以应用于级联轧机中的其它机架，特别是第一级机架。

通常，本技术领域中的普通技术人员能够将所述方法适用于任意类型的轧机，例如“森吉米尔(Senzimir)型轧机”或“多辊轧机”，以及适用于任意用于测量平面度的装置。

Claims (23)

1.一种用于调节在轧机机架的出口处的金属带材的平面度的方法，该轧机机架具有调节平面度的装置，该装置包括至少一个动态平面度传动装置，在轧制过程中，根据该方法，由通过分布于所述带材的宽度上的n个点的值D的测量结果来表征带材的平面度，基于n个值D的测量结果，然后通过使用对平面度的平面度调节的作用模型和优化方法，确定用于调节装置的全部设定值，所述的全部设定值包括至少一个用于动态传动装置的基本设定值，从而计算的残余平面度误差标准最小化，并且通过用于调节平面度的装置执行全部的设定值，其特征在于，对于每一个动态传动装置，用于确定全部的设定值的平面度的作用模型包括与表征平面度的值D的测量结果的点一样多的子模型，当设定值应用于动态传动装置时，每一个子模型能够计算在相应的动态传动装置的相应点处对值D的影响。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，以全部设定值的应用与传动装置的可操作约束相兼容的方式确定所述的全部设定值。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，至少一个动态传动装置包括以下装置之一：工作辊或中间辊的曲面的调节装置、用于内部调节支撑辊压力的千斤顶、喷嘴、轧辊的倾斜装置。

4.根据权利要求1至3任一项的方法，其特征在于，所述用于调节平面度的装置包括多个动态传动装置，而全部的设定值包括用于每一个动态传动装置的基本设定值，并且为了确定全部的设定值，计算每一个动态传动装置对平面度的作用总和以确定所计算的残余平面度误差。

5.根据权利要求1至4任一项的方法，其特征在于，所述动态传动装置的作用模型与所述带材的宽度有关。

6.根据权利要求1至5任一项的方法，其特征在于，所述调节平面度的装置还包括至少一个在轧制带材之前根据轧制带材的宽度而预调节的静态平面度传动装置，并通过考虑静态传动装置的预先调节设定值来确定的动态传动装置模型。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，至少一个静态传动装置是侧向平移的轧辊或交叉的轧辊。

8.根据权利要求1至7任一项的方法，其特征在于，所计算的残余平面度误差标准是至少一个在所计算的残余平面度误差和目标平面度误差之间的标准偏差的增加的正函数。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所计算的残余平面度误差标准是所计算的残余误差和目标误差的平方差。

10.根据权利要求8的方法，其特征在于，所计算的残余平面度误差标准是所计算的残余误差和目标误差之间的偏差的最大范围。

11.根据权利要求8的方法，其特征在于，所计算的残余平面度误差标准是平方差和所计算的残余误差和目标误差之间的偏差的最大范围的线性组合。

12.根据权利要求8至11任一项的方法，其特征在于，所计算的残余平面度误差标准还包括静态成本因子和/或动态成本因子。

13.根据权利要求1至12任一项的方法，其特征在于，表征平面度的值D的测量点的数目n与带材的宽度有关。

14.根据权利要求13的方法，其特征在于，借助于诸如平面度测量辊的平面度测量装置来测量所述值D，该平面度测量辊具有多个跨轧制线的宽度横向分布的测量区域。

15.根据权利要求1至14任一项的方法，其特征在于，在连续的时间间隔进行估计平面度误差、限定用于动态传动装置的设定值以及调节动态传动装置。

16.根据权利要求15的方法，其特征在于，连续的时间间隔与带材的进给速度有关。

17.根据权利要求1至16任一项的方法，其特征在于，通过使用在轧机机架上的轧制模拟模型来确定轧制的预先调节设置和基本传动装置的作用模型。

18.根据权利要求17的方法，其特征在于，在轧制带材之前，借助于轧制模拟模型，计算适用于轧制带材的静态和动态传动装置的预先调节的设定值，通过线性化逼近预先调节的设定值来计算基本动态传动装置的作用模型，预先调节轧机机架并且将基本动态传动装置的作用模型的参数传送到调节装置。

19.根据权利要求1至18任一项的方法，其特征在于，另外测量至少一个附加的轧制参数，诸如具体是，轧制力或张力，并且在借助于调节装置的作用模型和优化方法来确定用于调节装置的全部设定值之前，借助于优选的作用模型来确定至少一个用于优选动态传动装置的设定值的调节，并且在确定用于调节装置的全部设定值时考虑这个或这些调节。

20.根据权利要求19的方法，其特征在于，所述优选动态传动装置是工作辊的曲面。

21.根据权利要求1至20任一项的方法，其特征在于，该方法通过计算机来实施。

22.根据权利要求1至21任一项的方法，其特征在于，它应用于冷轧。

23.一种用于执行根据权利要求21或22之一的方法的计算机程序。

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