CN101745542A - 不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，厚度控制系统接收速度信号并计算出加速度值，根据非线性速度补偿函数计算出补偿增益，并引入轧机修正增益和带材修正增益，最后计算出总补偿量，叠加到位置AGC控制器中，完成一次开环非线性速度补偿的计算过程。使用非线性速度补偿函数计算补偿增益，并加入轧机修正增益和带材修正增益，更准确的描述了速度变化和厚差、轧机参数、带材参数之间的相互影响关系，适用于多种不同轧机参数和带材合金品种，有效提高了铝加工过程的综合成材率，值得在业内广泛推广应用。

Description

不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法

技术领域

本发明涉及一种不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，用于提高不可逆铝冷轧机动态过程的厚度控制性能，属于冷轧机控制技术领域。

背景技术

在铝加工行业中，不可逆铝冷轧机作为其中的关键加工装备，在整个轧制过程中起着重要的作用。而不可逆铝冷轧机的厚度自动控制系统，对于保障轧制产品的厚度性能指标，使出口带材厚度的精度在允许误差范围内，提高综合成材率，起着至关重要的作用。

不可逆铝冷轧机的厚度自动控制系统，一般由控制器、测厚仪、位置传感器、压力传感器和液压执行装置等组成，采用位置AGC、监控AGC等闭环控制模式。不可逆铝冷轧机的轧制过程可分为动态过程和稳态过程。动态过程指在轧机加减速期间的动态响应过程，即加减速轧制过程。稳态过程则指系统达到稳态工作点后轧机速度基本不变的轧制过程。在轧机加减速过程中，轧辊和带材的摩擦特性会发生变化，以及材料的屈服应力、轧辊温度等其他因素的影响，会引起轧制力和辊缝的变化，从而使得带材出口厚度也发生相应变化，使带材厚差精度变差。因此，为了补偿速度变化带来的厚差波动，需要采用速度补偿控制方法。

在速度补偿控制方法中，一般采用开环线性比例调节器，可以减少速度变化对于厚差的影响，提高动态过程的带材厚差控制精度。但是，由于轧制过程存在各种不同工况，摩擦系数等参数属于非线性变化，因此加减速过程是一个非线性变化过程，采用单纯开环线性比例调节器会产生误差，而且不同的轧机参数和带材参数也会引起比例调节系数的重新调整。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，特点是：包括以下步骤——

1)厚度控制系统接收速度信号v，计算出具体加速度数值a；

2)根据当前轧机运行情况判断是否投入速度补偿功能，当确认投入非线性速度补偿功能时，根据非线性速度补偿函数计算出补偿增益f(v)，与加速度相乘得到补偿量a×f(v)；

3)在第2)步中得到的补偿量a×f(v)，乘以轧机修正增益K_r，得到补偿量a×f(v)×K_r；

4)在第3)步中得到的补偿量a×f(v)×K_r，乘以带材修正增益K_s，得到总补偿量a×f(v)×K_r×K_s，叠加到位置AGC控制器中，完成一次开环非线性速度补偿的计算过程；

5)厚度控制系统依次计算加速度数值，然后计算出总补偿量，叠加到位置AGC控制器，如此循环，完成不可逆铝冷轧机的非线性速度补偿过程。

进一步地，上述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其具体加速度数值可以不用系统自动计算，而采取人工输入数值的方式。

更进一步地，上述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，在投入使用前需要进行逻辑判断，满足投入条件时才进行补偿计算。

更进一步地，上述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其非线性速度补偿函数f(v)为一元非线性函数，自变量v为轧机速度，f(v)为补偿增益。其非线性速度补偿函数f(v)曲线根据多个关键点绘制，关键点数目最少为3个，人工确定多个关键点的速度值和补偿增益值，相邻关键点之间的曲线值可采取常数、一次曲线拟合或二次曲线拟合等不同方法绘制。

更进一步地，上述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其轧机修正增益是一个与轧机设备参数有关的常数增益。

更进一步地，上述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其带材修正增益是一个与轧制带材参数有关的常数增益。

再进一步地，上述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其非线性速度补偿控制器硬件采用可编程控制器PLC或工业控制计算机IPC。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，使用非线性速度补偿函数根据当前轧制速度获得补偿增益，更精确的描述了速度变化对于厚差的影响关系，更加符合铝冷轧机的实际轧制运行情况。同时，在同等速度变化情况下，由于轧机类型和设备参数的不同，所需要的补偿量也有所不同，通过引入轧机修正增益，可以改善由轧机参数变化而导致的带材厚差变化。此外，在同等速度变化情况下，由于轧制带材合金牌号和性质等因素的影响，所需要的补偿量也有所变化，通过引入带材修正增益，可以改善由带材特性变化而导致的带材厚差变化。总的来说，本发明提供的非线性速度补偿方法，大大提高了不可逆铝冷轧机动态过程的厚度控制性能，明显改善铝加工过程的综合成材率，堪称具有新颖性、创造性、实用性的好技术，市场前景广阔。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：采用非线性速度补偿的不可逆铝冷轧机厚度控制系统框图；

图2：非线性速度补偿函数示意图；

图3：非线性速度补偿程序流程图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	监控AGC控制器	2	位置AGC控制器	3	液压油缸
4	轧机本体	5	位置传感器	6	出口测厚仪
						7	非线性速度补偿控制器

具体实施方式

如图1所示，采用非线性速度补偿方法的不可逆铝冷轧机厚度控制系统，包括监控AGC控制器1、位置AGC控制器2、液压油缸3、轧机本体4、位置传感器5、出口测厚仪6和非线性速度补偿控制器7，存在位置AGC、监控AGC两个闭环控制回路，而非线性速度补偿控制器7构成开环控制回路，非线性速度补偿控制器7输出直接叠加到位置AGC控制器的设定值中。厚度控制系统接收速度信号并计算出加速度值，根据非线性速度补偿函数计算出补偿增益，并引入轧机修正增益和带材修正增益，最后计算出总补偿量，叠加到位置AGC控制器中，完成一次开环非线性速度补偿的计算过程。

不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其数学计算公式为：

C_nse＝a×f(v)×K_r×K_s

式中：a为加速度值，f(v)为补偿增益，v为轧机速度，K_r为轧机修正增益，K_s为带材修正增益，C_nse为总补偿量。

补偿增益通过计算非线性速度补偿函数f(v)得出，f(v)为一元非线性函数，自变量v为轧机速度，其曲线根据多个关键点绘制，关键点数目最少为3个，确定多个关键点的速度值和补偿增益值后，相邻关键点之间的曲线值可采取常数、一次曲线拟合或二次曲线拟合等不同方法绘制。

当关键点数目为5时，一个非线性速度补偿函数f(v)实例的示意图如图2所示。在图2中，v₁与v₂之间采用常数连接，v₂、v₃、v₄之间采用一次曲线拟合即折线连接，v₄与v₅之间采用常数连接。

本发明方法作为控制依据的非线性速度补偿程序流程图如3所示，其具体步骤为：

1)厚度控制系统接收速度信号，计算出具体加速度数值，或者由人工输入加速度数值；

2)根据当前轧机运行情况判断是否投入速度补偿功能，当轧机速度大于等于某阈值速度时且轧机运行正常时，非线性速度补偿功能才允许投入，否则不投入速度补偿功能；

3)当确认投入非线性速度补偿功能时，根据非线性速度补偿函数计算出补偿增益f(v)，与加速度相乘得到补偿量a×f(v)；

程序中实现为：

L″SCData″.Speed_Accel

L#Gain_SE

*R

T#Compens_1

其中，″SCData″.Speed_Accel为轧机加速度值，Gain_SE为补偿增益值，Compens_1为相乘后的补偿量；

4)在第3)步中计算出的补偿量，乘以轧机修正增益K_r，得到补偿量a×f(v)×K_r；。

程序中实现为：

L″SCData″.Gain_Roll

L#Compens_1

*R

T#Compens_2

其中，″SCData″.Gain_Roll为轧机修正增益，Compens_1为第3)步计算的补偿量，Compens_2为相乘后的补偿量；

5)在第4)步中得到的补偿量，乘以带材修正增益K_s，得到总补偿量a×f(v)×K_r×K_s；

L″SCData″.Gain_Strip

L#Compen_2

*R

T#Compens_All

其中，″SCData″.Gain_Strip为带材修正增益，Compens_2为第4)步计算的补偿量，Compens_All为相乘后的总补偿量；

6)计算得到的总补偿量，叠加到位置AGC控制器中，完成一次开环非线性速度补偿的计算过程；

7)厚度控制系统依次计算加速度数值，然后依次计算出总补偿量，叠加到位置AGC控制器，如此循环，完成不可逆铝冷轧机的非线性速度补偿过程。

综上所述，本发明提供的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，使用非线性速度补偿函数计算出补偿增益，并且引入轧机修正增益和带材修正增益，更准确的描述了速度变化和厚差、轧机、带材之间的相互影响关系，可适用于多种不同轧机参数和带材合金品种，有效提高了不可逆铝冷轧机动态过程的厚度控制性能，从而提高铝加工过程的综合成材率，其应用前景十分看好。

需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其特征在于：包括以下步骤——

1)厚度控制系统接收速度信号v，计算出具体加速度数值a；

2)根据当前轧机运行情况判断是否投入速度补偿功能，当确认投入非线性速度补偿功能时，根据非线性速度补偿函数计算出补偿增益f(v)，与加速度相乘得到补偿量a×f(v)；

3)在第2)步中得到的补偿量a×f(v)，乘以轧机修正增益K_r，得到补偿量a×f(v)×K_r；

4)在第3)步中得到的补偿量a×f(v)×K_r，乘以带材修正增益K_s，得到总补偿量a×f(v)×K_r×K_s，叠加到位置AGC控制器中，完成一次开环非线性速度补偿的计算过程；

5)厚度控制系统依次计算加速度数值，然后计算出总补偿量，叠加到位置AGC控制器，如此循环，完成不可逆铝冷轧机的非线性速度补偿过程。

2.根据权利要求1所述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其特征在于：所述非线性速度补偿函数为一元非线性函数f(v)，自变量v为轧机速度，f(v)为补偿增益；非线性速度补偿函数f(v)曲线根据多个关键点绘制，关键点数目最少为3个，人工确定多个关键点的速度值和补偿增益值，相邻关键点之间的曲线值采取常数、一次曲线拟合或二次曲线拟合方法绘制。

3.根据权利要求1所述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其特征在于：所述轧机修正增益K_r是一个与轧机设备参数有关的常数增益。

4.根据权利要求1所述的不可逆铝冷轧机厚度控制的非线性速度补偿方法，其特征在于：所述带材修正增益K_s是一个与轧制带材参数有关的常数增益。

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