CN101633003B - 周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法及控制系统，属于轧制技术领域。包括如下步骤：在轧件上进行分区；确定前馈厚度控制的辊缝调节量

；确定反馈厚度控制的辊缝调节量

；确定分区长度控制的辊缝调节量

；确定最终的辊缝设定值；将最终辊缝设定值送入厚度控制系统，由厚度控制系统对轧机的辊缝进行调节。系统包括轧机，在轧机的两侧分别设置有卷取机，在卷取机与轧机之间设置有测长辊；在测长辊与轧机之间设置有测厚仪；在卷取机上设置有卷径测量仪；在轧机上设置有轧制力传感器、液压缸位移传感器；在测长辊下面设置有张力计；在测长辊一端设置有脉冲编码器；所述的测厚仪、卷径测量仪、轧制力传感器等测量信号均进入计算机控制系统。

Description

周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法及控制系统

技术领域：

本发明属于轧制技术领域，特别涉及一种周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法及控制系统。

背景技术：

一般情况下，普通板材轧制过程中的厚度控制常采用普通的AGC(Automatic GaugeControl)控制方法，其控制目标是获得厚度均匀一致的板材。最近出现的一项新技术是用轧制的方法生产周期变厚度带材，生产出的周期变厚度带材经横切后成为差厚板，用以代替激光拼焊板；用作汽车冲压件以减轻车重，实现汽车的节能减排。周期变厚度带材轧制过程中的一个核心问题是：在周期轧制的条件下，如何保证差厚板的厚区、薄区和过渡区有足够高的厚度控制精度，用什么样的方法来实现变厚度条件下的厚度自动控制？现有的厚度控制方法尚不能满足周期变厚度带材轧制过程中对厚度控制精度的要求，也不能实现变厚度条件下的厚度自动控制。

发明内容：

针对现有的厚度控制方法不能满足周期变厚度带材轧制过程中对厚度控制精度要求的问题，本发明提供一种可实现变厚度条件下的厚度自动控制，且控制精度高的周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法及控制系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：在轧件上对周期变厚度带材的厚区、薄区和过渡区进行分区；

步骤二：确定前馈厚度控制的辊缝调节量

以长度L_s为基准，将入口测厚仪和轧机中心线之间的带材分成N段，采用入口测长辊，配合入口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值，并将各段的厚度实际值以队列方式存储在数组H_act中；该厚度实际值与入口带材厚度的参考值相比较所得的厚度偏差乘以前馈调节系数即前馈厚度控制的辊缝调节量

步骤三：确定反馈厚度控制的辊缝调节量

以长度L_s为基准，对经过出口测厚仪的带材的各区进行分段，采用出口测长辊，配合出口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值，并将各段的厚度实际值以队列方式存储在数组中；去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；对即将进入轧机的某区采用反馈控制，采用最接近出口测厚仪的与该区相应的区的厚度实际值，与目标厚度值相比较所得的厚度偏差乘以反馈调节系数作为反馈厚度控制的辊缝调节量

步骤四：确定分区长度控制的辊缝调节量

根据出、入口测长辊实测的分区长度与目标分区长度相比较所得的偏差，计算出需要对轧件厚度进行调整的厚度偏差，所得的厚度偏差乘以分区长度控制调节系数作为分区长度控制的辊缝调节量

步骤五：确定最终的辊缝设定值；

最终的辊缝设定值为：

$S_{\mathrm{set}}=S_{\mathrm{set}0}+\∂S_{\mathrm{ff}}+\∂S_{\mathrm{fd}}+\∂S_{1c}$

其中，S_set0为基本辊缝设定值，由过程设定计算机根据模型计算；

为前馈厚度控制的辊缝调节量；

为反馈厚度控制的辊缝调节量；

为分区长度控制的辊缝调节量；

步骤六：将步骤五确定的最终辊缝设定值送入厚度控制系统，由厚度控制系统对轧机的辊缝进行调节。

步骤二中所述的确定前馈厚度控制的辊缝调节量

的具体过程如下：

(1)、厚度实测值的采集和存储：

以长度L_s为基准，将入口测厚仪和轧机中心线之间的带材分成N段，采用入口测长辊，配合入口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值；

设第i段有m个采样点，H_{en_gaugemeter}(i，j)为第i段第j个采样点在入口测厚仪处的实测值，则该段的厚度实际值为：

$H_{\mathrm{act}}\left(i\right)=\frac{1}{m}\·\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{en}\_\mathrm{gaugemeter}}(i,j)$

将N段带材的厚度实际值以队列方式存储在数组H_act中；

H_act＝[H_act(1)，H_act(2)，...，H_act(N)]

(2)、计算前馈厚度控制的辊缝调节量

前馈厚度控制的辊缝调节量

按下式确定：

${\∂S}_{\mathrm{ff}}=k_{\mathrm{ff}}\·[H_0-H_{\mathrm{act}}(N-K)]$

其中，k_ff为前馈调节系数，K为综合考虑液压辊缝控制的响应时间和轧机速度而设定的超前控制段数，H₀为入口带材厚度的参考值。

步骤三中所述的确定反馈厚度控制的辊缝调节量

的具体过程如下：

(1)、厚度实测值的采集和存储：

以长度L_s为基准，对经过出口测厚仪的带材的各区进行分段，采用出口测长辊，配合出口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值；设第i个厚区的第k段有m个采样点，h_{ex_gaugemeter}(i，k，j)为第i个厚区的第k段的第j个采样点在出口测厚仪处的实测值，则该段的厚度实际值为：

$h_{H\_\mathrm{act}}(i,k)=\frac{1}{m}\text{\·}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ex}\_\mathrm{gaugemeter}}(i,k,j)$

设第i个厚区的分段个数为M_H(i)，第i个增厚过渡区的分段个数为M_GI(i)，第i个减薄过渡区的分段个数为M_GD(i)，第i个薄区的分段个数为M_B(i)；将确定的各段的厚度实际值分别存储在四个数组h_{H_act}(i)、h_{GI_act}(i)、h_{GD_act}(i)和h_{B_act}(i)中，则有：

h_{H_act}(i)＝[h_{H_act}(i，1)，h_{H_act}(i，2)，...，h_{H_act}(i，M_H(i))]

h_{GI_act}(i)＝[h_{GI_act}(i，1)，h_{GI_act}(i，2)，...，h_{GI_act}(i，M_GI(i))]

h_{GD_act}(i)＝[h_{GD_act}(i，1)，h_{GD_act}(i，2)，...，h_{GD_act}(i，M_GD(i))]

h_{B_act}(i)＝[h_{B_act}(i，1)，h_{B_act}(i，2)，...，h_{B_act}(i，M_B(i))]

(2)、计算反馈厚度控制的辊缝调节量

(a)厚区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；

$\stackrel{\‾}{h_{H\_\mathrm{act}}}\left(i\right)=\frac{1}{(M_H\left(i\right)-2\×n)}\·\underset{j=n+1}{\overset{M_H\left(i\right)-n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{H\_\mathrm{act}}(i,j)$

其中，h_{H_act}(i)为第i个厚区的厚度实际值；

则第i个厚区的厚度偏差

为：

${\∂h}_H\left(i\right)=[h_{H0}-\stackrel{\‾}{h_{H\_\mathrm{act}}}\left(i\right)]$

其中，h_H0为厚区的目标厚度值；

第i个厚区的反馈厚度控制的辊缝调节量

采用下式计算：

${\∂S}_{\mathrm{Hfd}}\left(i\right)=(1-\mathrm{\α})\·{\∂S}_{\mathrm{Hfd}}(i-1)+\mathrm{\α}\·{\∂S}_{\mathrm{Hfd}}(i-2)+k_{\mathrm{fd}}\·{\∂h}_H(i-1)$

其中k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1；

(b)薄区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；

$\stackrel{\‾}{h_{B\_\mathrm{act}}}\left(i\right)=\frac{1}{(M_B\left(i\right)-2\×n)}\·\underset{j=n+1}{\overset{M_B\left(i\right)-n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{B\_\mathrm{act}}(i,j)$

其中，h_{B_act}(i)为第i个薄区的厚度实际值；

则第i个薄区的厚度偏差

为：

${\∂h}_B\left(i\right)=[h_{B0}-\stackrel{\‾}{h_{B\_\mathrm{act}}}\left(i\right)]$

其中，h_B0为薄区目标厚度值；

第i个薄区的反馈厚度控制的辊缝调节量

采用下式计算：

${\∂S}_{\mathrm{Bfd}}\left(i\right)=(1-\mathrm{\α})\·{\∂S}_{\mathrm{Bfd}}(i-1)+\mathrm{\α}\·{\∂S}_{\mathrm{Bfd}}(i-2)+k_{\mathrm{fd}}\·{\∂h}_B(i-1)$

其中，k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1；

(c)增厚过渡区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

设Δh_{GI_act}(i)为第i个增厚过渡区的厚度偏差数组，则有：

Δh_{GI_act}(i)＝[Δh_{GI_act}(i，1)，Δh_{GI_act}(i，2)，...，Δh_{GI_act}(i，M_GI(i))]

Δh_{GI_act}(i，j)＝h_GI0(i，j)-h_{GI_act}(i，j)

其中，h_GI0(i，j)为第i个增厚过渡区第j段的目标厚度值；

去掉首尾各n个厚度偏差后取其平均值作为该区的厚度偏差即：

${\∂h}_{\mathrm{GI}}\left(i\right)=\frac{1}{(M_{\mathrm{GI}}\left(i\right)-2\×n)}\·\underset{j=n+1}{\overset{M_{\mathrm{GI}}\left(i\right)-n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δh}}_{\mathrm{GI}\_\mathrm{act}}(i,j)$

第i个增厚过渡区的反馈厚度控制的辊缝调节量采用下式计算：

${\∂S}_{\mathrm{GIfd}}\left(i\right)=(1-\mathrm{\α})\·{\∂S}_{\mathrm{GIfd}}(i-1)+\mathrm{\α}\·{\∂S}_{\mathrm{GIfd}}(i-2)+k_{\mathrm{fd}}\·{\∂h}_{\mathrm{GI}}(i-1)$

其中，k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1。

步骤四中所述的确定分区长度控制的辊缝调节量

的具体过程如下：

其目的是将各分区长度控制在目标范围内，具体方法为：根据出、入口测长辊实测的分区长度与目标分区长度相比较所得的偏差，计算出需要对轧件厚度进行调整的厚度偏差

所得的厚度偏差乘以分区长度控制调节系数作为分区长度控制的辊缝调节量

如下式：

${\∂S}_{1c}=k_{1c}\·{\∂h}_{1c}$

其中，k_1c为分区长度控制调节系数。

步骤五中所述的确定最终的辊缝设定值的具体过程如下；

最终的辊缝设定值为：

$S_{\mathrm{set}}=S_{\mathrm{set}0}+{\∂S}_{\mathrm{ff}}+\∂S_{\mathrm{fd}}+{\∂S}_{1c}$

其中，S_set0为基本辊缝设定值，由过程设定计算机根据模型计算；

为前馈厚度控制的辊缝调节量；

为反馈厚度控制的辊缝调节量；

为分区长度控制的辊缝调节量；

若分区长度控制投入使用，则前馈控制和反馈控制不投入使用；此时，最终的辊缝设定值为：

$S_{\mathrm{set}}=S_{\mathrm{set}0}+{\∂S}_{1c}$

若分区长度控制不投入使用，则前馈控制和反馈控制投入使用；此时，最终的辊缝设定值为：

$S_{\mathrm{set}}=S_{\mathrm{set}0}+{\∂S}_{\mathrm{ff}}+{\∂S}_{\mathrm{fd}}$

所述的周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法所采用的控制系统，包括轧机，在轧机的两侧分别设置有左卷取机、右卷取机，在左卷取机与轧机之间设置有左测长辊，在右卷取机与轧机之间设置有右测长辊；在轧机的左、右两侧分别设置有用于测量带材厚度的左测厚仪、右测厚仪；在左卷取机、右卷取机上分别设置有用于测量轧制过程中卷取机上带卷直径的卷径测量仪；在轧机上设置有用于测量周期轧制时轧制力的轧制力传感器、内置位移传感器的液压缸，所述的液压缸的位移传感器用于测量轧机的辊缝；在左测长辊、右测长辊的下面分别设置有用于检测轧制过程中带材实际张力的张力计；在左测长辊、右测长辊的轴头上分别设置有用于测量长辊转数的脉冲编码器；所述的左测厚仪、右测厚仪、卷径测量仪、轧制力传感器、液压缸的位移传感器、张力计及脉冲编码器等测量信号均进入计算机控制系统参与控制。

为了在卷径测量仪出现故障不能正常工作时，仍能保证系统的正常运行，在本发明的微跟踪系统中还设置有两个卷取机编码器，两个卷取机编码器分别设置在卷取机的电机端，用于参与卷取机的卷径计算。

本发明的有益效果：

本发明的厚度控制方法及控制系统在周期轧制的条件下，可保证生产的差厚板的厚区、薄区和过渡区有足够高的厚度控制精度，其厚区的厚度误差可达到±0.8％，薄区的厚度误差可达到±1％，增厚过渡区的厚度误差可达到±1.2％，减薄过渡区的厚度误差可达到±1.4％；并可实现变厚度条件下的厚度自动控制。

附图说明：

图1是本发明的厚度控制方法的程序流程图；

图2是本发明的厚度控制系统的结构示意图；

图3是对轧件进行分区的示意图；

图4是对轧件进行分段厚度控制的示意图；

其中，图2中，1-过程控制计算机，2-人机界面计算机，3-计算机控制系统，4-液压缸，5-卷径测量仪，6-右卷取机，7-脉冲编码器，8-右测长辊，9-右测厚仪，10-左测厚仪，11-张力计，12-轧机，13-轧制力传感器，14-左测长辊，15-卷取机编码器，16-左卷取机。

具体实施方式：

如图1所示，一种周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法，包括如下步骤：

步骤一：在轧件上对周期变厚度带材的厚区、薄区和过渡区进行分区；

为了能够对周期变厚度带材的厚区、薄区和过渡区实施有效的高精度厚度控制，首先，需要在轧件上分区，如图3所示，设轧制方向为从左向右，L_d1为左测厚仪与轧机中心线的距离，L_d2为右测厚仪与轧机中心线的距离。其中B1，B2，B3表示薄区；H1，H2，H3表示厚区；GI1，GI2，GI3表示增厚过渡区；GD1，GD2表示减薄过渡区。

步骤二：确定前馈厚度控制的辊缝调节量

如图4所示，以长度L_s＝10mm为基准，将入口测厚仪和轧机中心线之间的带材分成N段，采用入口测长辊，配合入口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值，并将各段的厚度实际值以队列方式存储在数组H_act中；该厚度实际值与入口带材厚度的参考值相比较所得的厚度偏差乘以前馈调节系数即前馈厚度控制的辊缝调节量

具体过程如下：

(1)、厚度实测值的采集和存储：

以长度L_s＝10mm为基准，将入口测厚仪和轧机中心线之间的带材分成N段，采用入口测长辊，配合入口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值；

设第i段有m个采样点，H_{en_gaugemeter}(i，j)为第i段第j个采样点在入口测厚仪处的实测值，则该段的厚度实际值为：

$H_{\mathrm{act}}\left(i\right)=\frac{1}{m}\·\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{H}_{\mathrm{en}\_\mathrm{gaugemeter}}(i,j)$

将N段带材的厚度实际值以队列方式存储在数组H_.act中；

H_act＝[H_act(1)，H_act(2)，...，H_act(N)]

(2)、计算前馈厚度控制的辊缝调节量

前馈厚度控制的辊缝调节量

按下式确定：

${\∂S}_{\mathrm{ff}}=k_{\mathrm{ff}}\·[H_0-H_{\mathrm{act}}(N-K)]$

其中，k_ff为前馈调节系数，K为综合考虑液压辊缝控制的响应时间和轧机速度而设定的超前控制段数，H₀为入口带材厚度的参考值。

步骤三：确定反馈厚度控制的辊缝调节量

如图4所示，以长度L_s＝5mm为基准，对经过出口测厚仪的带材的各区进行分段，采用出口测长辊，配合出口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值，并将各段的厚度实际值以队列方式存储在数组中；去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；对即将进入轧机的某区采用反馈控制，采用最接近出口测厚仪的与该区相应的区的厚度实际值，与目标厚度值相比较所得的厚度偏差乘以反馈调节系数作为反馈厚度控制的辊缝调节量

具体过程如下：

(1)、厚度实测值的采集和存储：

以长度L_s＝5mm为基准，对经过出口测厚仪的带材的各区进行分段，采用出口测长辊，配合出口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值；设第i个厚区的第k段有m个采样点，h_{ex_gaugemeter}(i，k，j)为第i个厚区的第k段的第j个采样点在出口测厚仪处的实测值，则该段的厚度实际值为：

$h_{H\_\mathrm{act}}(i,k)=\frac{1}{m}\·\stackrel{m}{\underset{j=1}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{\mathrm{ex}\_\mathrm{gaugemeter}}(i,k,j)$

设第i个厚区的分段个数为M_H(i)，第i个增厚过渡区的分段个数为M_GI(i)，第i个减薄过渡区的分段个数为M_GD(i)，第i个薄区的分段个数为M_B(i)；将确定的各段的厚度实际值分别存储在四个数组h_{H_act}(i)、h_{GI_act}(i)、h_{GD_act}(i)和h_{B_act}(i)中，则有：

h_{H_act}(i)＝[h_{H_act}(i，1)，h_{H_act}(i，2)，...，h_{H_act}(i，M_H(i))]

h_{GI_act}(i)＝[h_{GI_act}(i，1)，h_{GI_act}(i，2)，...，h_{GI_act}(i，M_GI(i))]

h_{GD_act}(i)＝[h_{GD_act}(i，1)，h_{GD_act}(i，2)，...，h_{GD_act}(i，M_GD(i))]

h_{B_act}(i)＝[h_{B_act}(i，1)，h_{B_act}(i，2)，...，h_{B_act}(i，M_B(i))]

(2)、计算反馈厚度控制的辊缝调节量

(a)厚区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；

$\stackrel{\‾}{h_{H\_\mathrm{act}}}\left(i\right)=\frac{1}{\left(M_H\left(i\right)-2\×n\right)}\·\underset{j=n+1}{\overset{M_H\left(i\right)-n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{H\_\mathrm{act}}(i,j)$

其中，h_{H_act}(i)为第i个厚区的厚度实际值；

则第i个厚区的厚度偏差为：

${\∂h}_H\left(i\right)=[h_{H0}-\stackrel{\‾}{h_{H\_\mathrm{act}}}\left(i\right)]$

其中，h_H0为厚区的目标厚度值；

第i个厚区的反馈厚度控制的辊缝调节量

采用下式计算：

$\∂S_{\mathrm{Hfd}}\left(i\right)=(1-\mathrm{\α})\·{\∂S}_{\mathrm{Hfd}}(i-1)+\mathrm{\α}\·{\∂S}_{\mathrm{Hfd}}(i-2)+k_{\mathrm{fd}}\·{\∂h}_H(i-1)$

其中k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1；

(b)薄区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；

$\stackrel{\‾}{h_{B\_\mathrm{act}}}\left(i\right)=\frac{1}{(M_B\left(i\right)-2\×n)}\·\underset{j=n+1}{\overset{M_B\left(i\right)-n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_{B\_\mathrm{act}}(i,j)$

其中，h_{B_act}(i)为第i个薄区的厚度实际值；

则第i个薄区的厚度偏差

为：

${\∂h}_B\left(i\right)=[h_{B0}-\stackrel{\‾}{h_{B\_\mathrm{act}}}\left(i\right)]$

其中，h_B0为薄区目标厚度值；

第i个薄区的反馈厚度控制的辊缝调节量采用下式计算：

$\∂S_{\mathrm{Bfd}}\left(i\right)=(1-\mathrm{\α})\·{\∂S}_{\mathrm{Bfd}}(i-1)+\mathrm{\α}\·{\∂S}_{\mathrm{Bfd}}(i-2)+k_{\mathrm{fd}}\·{\∂h}_B(i-1)$

其中，k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1；

(c)增厚过渡区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

设Δh_{GI_act}(i)为第i个增厚过渡区的厚度偏差数组，则有：

Δh_{GI_act}(i)＝[Δh_{GI_act}(i，1)，Δh_{GI_act}(i，2)，...，Δh_{GI_act}(i，M_GI(i))]

Δh_{GI_act}(i，j)＝h_GI0(i，j)-h_{GI_act}(i，j)

其中，h_GI0(i，j)为第i个增厚过渡区第j段的目标厚度值；

去掉首尾各n个厚度偏差后取其平均值作为该区的厚度偏差

即：

${\∂h}_{\mathrm{GI}}\left(i\right)=\frac{1}{(M_{\mathrm{GI}}\left(i\right)-2\×n)}\·\underset{j=n+1}{\overset{M_{\mathrm{GI}}\left(i\right)-n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\Δh}}_{\mathrm{GI}\_\mathrm{act}}(i,j)$

第i个增厚过渡区的反馈厚度控制的辊缝调节量

采用下式计算：

${\∂S}_{\mathrm{GIfd}}\left(i\right)=(1-\mathrm{\α})\·{\∂S}_{\mathrm{GIfd}}(i-1)+\mathrm{\α}\·{\∂S}_{\mathrm{GIfd}}(i-2)+k_{\mathrm{fd}}\·{\∂h}_{\mathrm{GI}}(i-1)$

其中，k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1。

对于减薄过渡区的反馈厚度控制的辊缝调节量的计算与增厚过渡区的计算方法相同。

步骤四：确定分区长度控制的辊缝调节量

根据出、入口测长辊实测的分区长度与目标分区长度相比较所得的偏差，计算出需要对轧件厚度进行调整的厚度偏差

所得的厚度偏差乘以分区长度控制调节系数作为分区长度控制的辊缝调节量

如下式：

${\∂S}_{1c}=k_{1c}\·\∂h_{1c}$

其中，k_1c为分区长度控制调节系数。

步骤五：确定最终的辊缝设定值；

最终的辊缝设定值为：

$S_{\mathrm{set}}=S_{\mathrm{set}0}+{\∂S}_{\mathrm{ff}}+{\∂S}_{\mathrm{fd}}+{\∂S}_{1c}$

其中，S_set0为基本辊缝设定值，由过程设定计算机根据模型计算；为前馈厚度控制的辊缝调节量；

为反馈厚度控制的辊缝调节量；

为分区长度控制的辊缝调节量；

若分区长度控制投入使用，则前馈控制和反馈控制不投入使用；此时，最终的辊缝设定值为：

$S_{\mathrm{set}}=S_{\mathrm{set}0}+{\∂S}_{1c}$

若分区长度控制不投入使用，则前馈控制和反馈控制投入使用；此时，最终的辊缝设定值为：

$S_{\mathrm{set}}=S_{\mathrm{set}0}+{\∂S}_{\mathrm{ff}}+{\∂S}_{\mathrm{fd}}$

步骤六：将步骤五确定的最终辊缝设定值送入厚度控制系统，由厚度控制系统对轧机的辊缝进行调节。

如图2所示，所述的周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法所采用的控制系统，包括轧机12，在轧机12的两侧分别设置有左卷取机16、右卷取机6，在左卷取机16与轧机12之间设置有左测长辊14，在右卷取机6与轧机12之间设置有右测长辊8；在轧机12的左、右两侧分别设置有用于测量带材厚度的左测厚仪10、右测厚仪9；在左卷取机16、右卷取机6上分别设置有用于测量轧制过程中卷取机上带卷直径的卷径测量仪5；在轧机12上设置有用于测量周期轧制时轧制力的轧制力传感器13、内置位移传感器的液压缸4，所述的液压缸4的位移传感器用于测量轧机12的辊缝；在左测长辊14、右测长辊8的下面分别设置有用于检测轧制过程中带材实际张力的张力计11；在左测长辊14、右测长辊8的轴头上分别设置有用于测量长辊转数的脉冲编码器7；所述的左测厚仪10、右测厚仪9、卷径测量仪5、轧制力传感器13、液压缸4的位移传感器、张力计11及脉冲编码器7分别与计算机控制系统3相连。

为了在卷径测量仪5出现故障不能正常工作时，仍能保证系统的正常运行，在本发明的微跟踪系统中还设置有两个卷取机编码器15，两个卷取机编码器15分别设置在卷取机的电机端，用于参与卷取机的卷径计算。

所述的轧机12采用四辊可逆轧机，它由机架、辊系、传动轴、齿轮机座、电机及减速机等部分组成。为了减少轧制力，增加道次压下量，本发明使用较小的工作辊直径，根据轧机宽度的不同，工作辊直径可取为120～300mm。

所述的卷取机由电机、减速机、卷筒等部分组成，在实施可逆轧制时，轧机入口一侧的卷取机作为开卷机，出口一侧的作为卷取机。

为了提高压上速度，本发明采用快速响应液压缸4；液压缸4的响应频率大于20Hz，以保证轧制过程中轧件运行速度与压上速度有合理的匹配关系。液压缸4内置位移传感器，用来测量轧机的辊缝，其分辨率优于0.002mm。

所述的轧制力传感器13用于测量周期轧制时的轧制力，通过实测轧制力计算轧机的弹性变形。由于厚区、薄区、过渡区的轧制力相差很大，可根据轧制力传感器13发出的轧制力信号判定各个区域的范围。根据轧机12工作辊宽度的不同，轧制力传感器13的最大测量值可在3～30MN之间选择。

所述的测厚仪可选用X射线测厚仪或γ放射性测厚仪；其测量范围为0.1-5.0mm，分辨率优于0.002mm。当轧制方向为从左到右时，左测厚仪10用于前馈控制，右测厚仪9用于反馈控制。当轧制方向为从右到左时，左测厚仪10用于反馈控制，右测厚仪9用于前馈控制。

所述的卷径测量仪5的测量范围为500～2000mm，分辨率优于0.2mm。

所述的用于测量长辊转数的脉冲编码器7为高分辨率的脉冲编码器，用于测量轧件的速度以实现对带材的微跟踪。通过记录长辊的转数来计算轧机12入口和出口带材轧过的长度，用作带材各段区起点和长度的跟踪。

所述的卷取机编码器15用于当卷径测量仪5出现故障时，结合脉冲编码器7进行卷径计算，并对直接卷径检测进行在线监控。

所述的计算机控制系统3由过程控制计算机1、人机界面计算机2和PLC控制系统组成。过程控制计算机1用于模型和轧制参数的设定；人机界面计算机2用于轧制过程监控及原始数据的输入；PLC控制系统根据过程控制计算机1的设定值和以及人机界面计算机2的操作指令，对液压缸4等执行机构进行控制，同时对各传感器的反馈信号进行读取和计算，完成相应的闭环和开环控制功能。

实施例1：

本发明的系统的相关参数如下：

采用650mm四辊可逆轧机，入口测厚仪和出口测厚仪与轧机中心线的距离均为L_d＝1000mm，两台测厚仪为X射线测厚仪，测量范围为0.1-5.0mm，静态精度2σ＝±0.10％，可重复度±0.05％，长时稳定性±0.05％/8h；液压缸压力为22MPa，液压缸响应频率为22Hz，0.1mm的阶跃响应时间为31ms；液压缸的内置位移传感器量程为100mm，分辨率为0.001mm。

来料状况：均一厚度，钢种为IF，宽度500mm，厚度1.3mm。

产品尺寸：厚区厚度1.2mm，长300mm；过渡区长50mm；薄区厚度0.8mm，长300mm。

轧制要求：1道次完成。

轧制速度设定：厚度均一区段轧制速度1.0m/s；厚度过渡区段轧制速度0.35m/s。

厚度控制精度：厚区误差为±0.01mm，薄区误差为±0.008mm，增厚过渡区误差为±0.012mm，减薄过渡区误差为±0.014mm。

实施例2：

本发明的系统的相关参数如下：

采用650mm四辊可逆轧机，入口测厚仪和出口测厚仪与轧机中心线的距离均为L_d＝1000mm，两台测厚仪为X射线测厚仪，测量范围为0.1-5.0mm，静态精度2σ＝±0.10％，可重复度±0.05％，长时稳定性±0.05％/8h；液压缸压力为22MPa，液压缸响应频率为22Hz，0.1mm的阶跃响应时间为31ms；液压缸的内置位移传感器量程为100mm，分辨率为0.001mm。

来料状况：均一厚度，钢种为ST12，宽度450mm，厚度2mm；

产品尺寸：厚区厚度1.5mm，长200mm；过渡区长100mm；薄区厚度0.8mm，长200mm；

轧制要求：2道次完成。

轧制速度设定：厚度均一区段轧制速度1.0m/s；厚度过渡区段轧制速度0.5m/s。

厚度控制精度：厚区误差为±0.015mm，薄区误差为±0.008mm，增厚过渡区误差为±0.018mm，减薄过渡区误差为±0.02mm。

Claims (6)

1.一种周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：在轧件上对周期变厚度带材的厚区、薄区和过渡区进行分区；

步骤二：确定前馈厚度控制的辊缝调节量 

以长度L_s为基准，将入口测厚仪和轧机中心线之间的带材分成N段，采用入口测长辊，配合入口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值，并将各段的厚度实际值以队列方式存储在数组H_act中；该厚度实际值与入口带材厚度的参考值相比较所得的厚度偏差乘以前馈调节系数即前馈厚度控制的辊缝调节量 

步骤三：确定反馈厚度控制的辊缝调节量 

以长度L_s为基准，对经过出口测厚仪的带材的各区进行分段，采用出口测长辊，配合出口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值，并将各段的厚度实际值以队列方式存储在数组中；去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；对即将进入轧机的某区采用反馈控制，采用最接近出口测厚仪的与该区相应的区的厚度实际值，与目标厚度值相比较所得的厚度偏差乘以反馈调节系数作为反馈厚度控制的辊缝调节量 

所述的确定反馈厚度控制的辊缝调节量 

的具体过程如下：

(1)、厚度实测值的采集和存储：

以长度L_s为基准，对经过出口测厚仪的带材的各区进行分段，采用出口测长辊，配合出口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值；设第i个厚区的第k段有m个采样点，h_{ex_gaugemeter}(i，k，j)为第i个厚区的第k段的第j个采样点在出口测厚仪处的实测值，则该段的厚度实际值为：

设第i个厚区的分段个数为M_H(i)，第i个增厚过渡区的分段个数为M_GI(i)，第i个减薄过渡区的分段个数为M_GD(i)，第i个薄区的分段个数为M_B(i)；将确定的各段的厚度实际值分别存储在四个数组h_{H_act}(i)、h_{GI_act}(i)、h_{GD_act}(i)和h_{B_act}(i)中，则有：

h_{H_act}(i)＝[h_{H_act}(i，1)，h_{H_act}(i，2)，...，h_{H_act}(i，M_H(i))]

h_{GI_act}(i)＝[h_{GI_act}(i，1)，h_{GI_act}(i，2)，...，h_{GI_act}(i，M_GI(i))] 

h_{GD_act}(i)＝[h_{GD_act}(i，1)，h_{GD_act}(i，2)，...，h_{GD_act}(i，M_GD(i))]

h_{B_act}(i)＝[h_{B_act}(i，1)，h_{B_act}(i，2)，...，h_{B_act}(i，M_B(i))]

(2)、计算反馈厚度控制的辊缝调节量 

(a)厚区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；

其中， 

为第i个厚区的厚度实际值；

则第i个厚区的厚度偏差 

为：

其中，h_H0为厚区的目标厚度值；

第i个厚区的反馈厚度控制的辊缝调节量 

采用下式计算：

其中k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1；

(b)薄区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

去掉首尾各n段的厚度实际值后取其平均值作为该区的厚度实际值；

其中， 

为第i个薄区的厚度实际值；

则第i个薄区的厚度偏差 为：

其中，h_B0为薄区目标厚度值；

第i个薄区的反馈厚度控制的辊缝调节量 

采用下式计算：

其中，k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1；

(c)增厚过渡区反馈厚度控制的辊缝调节量的确定：

设Δh_{GI_act}(i)为第i个增厚过渡区的厚度偏差数组，则有：

Δh_{GI_act}(i)＝[Δh_{GI_act}(i，1)，Δh_{GI_act}(i，2)，...，Δh_{GI_act}(i，M_GI(i))] 

Δh_{GI_act}(i，j)＝h_GI0(i，j)-h_{GI_act}(i，j)

其中，h_GI0(i，j)为第i个增厚过渡区第j段的目标厚度值；

去掉首尾各n个厚度偏差后取其平均值作为该区的厚度偏差 即：

第i个增厚过渡区的反馈厚度控制的辊缝调节量 

采用下式计算：

其中，k_fd为反馈调节系数；α为消差率系数，取0＜α≤1；

步骤四：确定分区长度控制的辊缝调节量 

根据出、入口测长辊实测的分区长度与目标分区长度相比较所得的偏差，计算出需要对轧件厚度进行调整的厚度偏差，所得的厚度偏差乘以分区长度控制调节系数作为分区长度控制辊缝调节量 

步骤五：确定最终的辊缝设定值；

最终的辊缝设定值为：

其中，S_set0为基本辊缝设定值，由过程设定计算机根据模型计算； 

为前馈厚度控制的辊缝调节量； 

为反馈厚度控制的辊缝调节量； 

为分区长度控制的辊缝调节量；

步骤六：将步骤五确定的最终辊缝设定值送入厚度控制系统，由厚度控制系统对轧机的辊缝进行调节。

2.根据权利要求1所述的一种周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法，其特征在于步骤二中所述的确定前馈厚度控制的辊缝调节量 

的具体过程如下：

(1)、厚度实测值的采集和存储：

以长度L_s为基准，将入口测厚仪和轧机中心线之间的带材分成N段，采用入口测长辊，配合入口测厚仪记录每段中各采样点的厚度实际值，确定各采样点的厚度平均值作为该段的厚度实际值；

设第i段有m个采样点，H_{en_gaugemetet}(i，j)为第i段第j个采样点在入口测厚仪处的实测值，则该段的厚度实际值为： 

将N段带材的厚度实际值以队列方式存储在数组H_act中；

H_act＝[H_act(1)，H_act(2)，...，H_act(N)]

(2)、计算前馈厚度控制的辊缝调节量 

前馈厚度控制的辊缝调节量 按下式确定：

其中，k_ff为前馈调节系数，K为综合考虑液压辊缝控制的响应时间和轧机速度而设定的超前控制段数，H₀为入口带材厚度的参考值。

3.根据权利要求1所述的一种周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法，其特征在于步骤四中所述的确定分区长度控制的辊缝调节量 

的具体过程如下：

根据出、入口测长辊实测的分区长度与目标分区长度相比较所得的偏差，计算出需要对轧件厚度进行调整的厚度偏差 

所得的厚度偏差乘以分区长度控制调节系数作为分区长度控制的辊缝调节量 

如下式：

其中，k_1c为分区长度控制调节系数。

4.根据权利要求1所述的一种周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法，其特征在于步骤五中所述的确定最终的辊缝设定值的具体过程如下；

最终的辊缝设定值为：

其中，S_set0为基本辊缝设定值，由过程设定计算机根据模型计算； 

为前馈厚度控制的辊缝调节量； 

为反馈厚度控制的辊缝调节量； 为分区长度控制的辊缝调节量；

若分区长度控制投入使用，则前馈控制和反馈控制不投入使用；此时，最终的辊缝设定值为：

若分区长度控制不投入使用，则前馈控制和反馈控制投入使用；此时，最终的辊缝设定 值为：

5.权利要求1所述的周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法的系统，包括轧机(12)，其特征在于在轧机(12)的两侧分别设置有左卷取机(16)、右卷取机(6)，在左卷取机(16)与轧机(12)之间设置有左测长辊(14)，在右卷取机(6)与轧机(12)之间设置有右测长辊(8)；在轧机(12)的左、右两侧分别设置有用于测量带材厚度的左测厚仪(10)、右测厚仪(9)；在左卷取机(16)、右卷取机(6)上分别设置有用于测量轧制过程中卷取机上带卷直径的卷径测量仪(5)；在轧机(12)上设置有用于测量周期轧制时轧制力的轧制力传感器(13)、内置位移传感器的液压缸(4)，所述的液压缸(4)的位移传感器用于测量轧机(12)的辊缝；在左测长辊(14)、右测长辊(8)的下面分别设置有用于检测轧制过程中带材实际张力的张力计(11)；在左测长辊(14)、右测长辊(8)的轴头上分别设置有用于测量长辊转数的脉冲编码器(7)；所述的左测厚仪(10)、右测厚仪(9)、卷径测量仪(5)、轧制力传感器(13)、液压缸(4)的位移传感器、张力计(11)及脉冲编码器(7)分别与计算机控制系统(3)相连。

6.根据权利要求5所述的周期性变厚度带材轧制过程中厚度的控制方法的系统，其特征在于在卷取机的电机端设置有卷取机编码器(15)，用于在卷径测量仪(5)出现故障不能正常工作时，参与卷取机的卷径计算。 

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