CN102274863A - 具有pi参数限制的单机架轧机自动板厚控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有PI参数限制的单机架轧机自动板厚控制方法，该方法是先测出待轧制工件的入口厚度偏差，得到轧辊间隙控制的前馈修正量，然后通过测出待轧制工件的出口厚度偏差，将出口厚度偏差分别通过乘法器与比例增益Kp和积分增益KI相结合，分别得到偏差比例修正量与偏差积分修正量，将前馈修正量、偏差比例修正量、偏差积分修正量和轧辊间隙参考设定值四者相加，得到实际轧辊间隙设定值，通过轧机模数控制装置根据实际轧辊间隙设定值，对轧辊间隙控制装置输出控制指令，实现平滑调节，本发明通过在调试之初根据测得的参数计算出Kp及KI参数调节范围，使得对PI控制参数的调试有一定的参考范围，从而大大减少了调试的时间，扩大参数可调节的范围。

Description

具有PI参数限制的单机架轧机自动板厚控制方法

技术领域

本发明涉及液力加载轧机的控制领域，特别涉及一种具有PI参数限制可实现工件板厚应答控制的单机架轧机自动板厚控制方法。

背景技术

如图1所示，该图显示了传统式液力加载轧机的采用的控制常规方法。该单机架可逆轧机的工作过程如下：待轧制工件通过开卷机1，经导辊19后，在上、下工作辊16，17之间进行轧制，轧制好的工件经过导辊20，由卷取机6进行卷绕，图中，2代表入口测厚仪；5代表出口测厚仪；3代表入口测速仪，4代表出口测速仪，13代表伺服阀、14代表液压缸、15代表下支撑辊、16代表下工作棍、23代表延时模块、24代表积分增益KI。

其控制原理如下：轧机入口测厚仪2将得到的实际板厚hin与基准值hinref在比较器10进行比较计算，求出入口厚度偏差Δhin。偏差信号Δhin在乘法器11乘以增益CP/CM，得到轧辊间隙控制的前馈修正量ΔSff，其中CP是工件的弹性系数，CM是轧机的弹性模量，轧机出口测厚仪5得到所检测的实际板厚hout，与基准值houtref在比较器或加减器7进行比较计算后，求出厚度偏差Δhout。偏差信号Δhout在乘法器22乘以在9处调节的比例增益Kp，求出偏差比例控制修正量houKp，偏差信号通过积分器8在乘法器21乘以可调节的积分增益KI，求出偏差积分控制修正量houtKI，偏差比例控制修正量和偏差积分控制修正量与前馈修正量ΔSff在加法器12处相加就得到轧辊间隙控制的修正量ΔS。在加法器中加上轧辊间隙参考设定值Sref，就得到了实际轧辊间隙设定值。

图2是显示图1所示系统的计算机模拟实验结果的曲线图。该种控制方式实际调试过程中，需要分别调试比例增益Kp和积分增益KI，调节方法是由小到大调节的，观察系统在不同轧制速度下的相应情况，并反复调试。如果调试过程中出现大幅震荡现象，就缩小比例增益Kp和积分增益KI。为了使得出口带钢的厚度在轧制速度变化时，板厚偏差不会大幅反复震荡，一般将比例增益Kp和积分增益KI与速度进行了线性关联，线性系数往往根据试验确定。这种调试方法，需要调试人员长时间的观察和生产试验，浪费了大量的调试时间和调试材料，并且调节得到的参数只能在一定工作速度范围内达到良好的效果。

发明内容

有鉴于此，本发明目的是提供一种具有PI参数限制的单机架轧机自动板厚控制方法，通过在调试之初根据测得的参数计算出Kp及KI参数调节范围，使得对PI控制参数的调试事先就有一定的参考范围，并且随着比例增益参数的改变、轧制速度的改变，积分增益参数可调范围也在动态的变化，在此范围内进行调试，从而大大减少了调试的时间，扩大参数可调节的范围。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：该具有PI参数限制的单机架轧机自动板厚控制方法，用于包括轧辊间隙控制装置和轧机模数控制装置的厚度控制系统，该方法是先测出待轧制工件的入口厚度偏差，得到轧辊间隙控制的前馈修正量，然后通过测出待轧制工件的出口厚度偏差，将出口厚度偏差分别通过乘法器与比例增益Kp和积分增益KI相结合，分别得到偏差比例修正量与偏差积分修正量，将前馈修正量、偏差比例修正量、偏差积分修正量和轧辊间隙参考设定值四者相加，得到实际轧辊间隙设定值，通过轧机模数控制装置根据实际轧辊间隙设定值，对轧辊间隙控制装置输出控制指令，通过轧辊间隙控制装置用于设定上、下工作辊之间的轧辊间隙，实现平滑调节，其中，Kp独立的设定范围通过事先给定得出，为[0，KIlim)，KPLim＝(1+C_P/C_M)，C_P是工件的弹性系数，C_M是轧机的弹性模量；KI独立的设定范围也通过事先给定得出，为[0，KIlim]，其中

$\mathrm{KILim}=(1-\frac{C_P}{C_M})\frac{2}{T_1+L/v+\mathrm{Tact}}\sqrt{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^2{\mathrm{Kp}}^2}\arctan \left(\frac{1+{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}\right)$

其中T1为检测厚度偏差的测厚仪传感器检测时间，即从开始检测至传递信号的时间；Tact为轧辊间隙液压系统反应时间、L为轧机两侧测厚仪距轧机距离、V为轧辊间隙液压系统反应速度，当调节一个参数或轧制速度变化时，不会出现大幅震荡现象。

进一步，所述方法具体包括以下步骤：

1)通过轧机入口测厚仪测得实际板厚，将所得到的实际板厚hin与基准值hinref通过比较器进行比较，得到入口厚度偏差值Δhin；

2)将入口厚度偏差值Δhin通过乘法器乘以增益C_p/C_M，得到轧辊间隙控制的前馈修正量ΔSff，其中C_P是工件的弹性系数，C_M是轧机的弹性模量；

3)通过轧机出口测厚仪检测轧机出口带钢的实际板厚hout，与基准值houtref在比较器或加减器进行比较计算，求出厚度偏差Δhout；

4)将偏差信号Δhout通过乘法器乘以经过幅值限制的比例增益Kp，求出偏差比例控制修正量houKp，所述比例增益Kp的取值通过以下公式进行限制：

$\mathrm{Kp}<(1+\frac{C_P}{C_M});$

5)通过偏差信号输入积分器在乘法器乘以通过动态幅值KIlim限制的积分增益Ki，得到偏差积分控制修正量houtKI，所述KIlim的取值通过以下公式进行限制：

$\mathrm{KI}<(1-\frac{C_P}{C_M})\frac{2}{T_1+L/v+\mathrm{Tact}}\sqrt{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^2{\mathrm{Kp}}^2}\arctan \left(\frac{1+{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}\right);$

6)将偏差比例控制修正量houKp和偏差积分控制修正量houtKI与前馈修正量ΔSff通过加法器相加，从而得到轧辊间隙控制的修正量ΔS，在加法器中加上轧辊间隙参考设定值Sref，从而得到了实际轧辊间隙设定值；

7)所述轧机的轧机模数控制装置根据反馈的实际轧辊间隙设定值，对轧辊间隙控制装置输出控制指令，通过轧辊间隙控制装置实时设定上、下工作辊之间的轧辊间隙，实时调节上、下工作辊的轧辊间隙，实现平滑调节。

本发明的有益效果是：

本发明基于现有的轧机调试需要分别调试比例增益Kp和积分增益KI，调节方法由于是由小到大调节的，通过观察系统在不同轧制速度下的相应情况来确定取值，其调试需要反复进行，耗时长，适应范围小；而本发明通过在调试之初根据测得的参数计算出Kp及KI参数调节范围，使得对PI控制参数的调试事先就有一定的参考范围，并且随着比例增益参数的改变、轧制速度的改变，积分增益参数可调范围也在动态的变化，在此范围内进行调试，从而大大减少了调试的时间，扩大参数可调节的范围。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1是传统系统的总方块图；

图2是图1所示系统的计算机模拟实验结果的曲线图；

图3是本发明所示系统的总方块图；

图4是图3所示系统的计算机模拟实验结果的曲线图；

图5是图3所示系统的计算机模拟实验结果的曲线图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图3所示，采用本方法进行自动板厚控制的调节液压-轧辊间隙伺服系统，除了用于包括轧辊间隙控制装置和轧机模数控制装置的厚度控制系统以外，还包括了：输入侧测厚仪(即下文中的轧机入口测厚仪2)，用以检测待轧工件的厚度；输入侧测速仪，用以检测输入侧工件的速度；输出侧测厚仪(即下文中的轧机出口测厚仪5)，用以检测轧制后工件的厚度；输出测速仪，用以检测输出侧工件的速度。图中，21代表延时模块(输入数据经过一定时间的延迟后输出)；24代表积分增益KI；25代表Kp约束条件(＜(1+C_P/C_M))；22代表KI约束条件([0，KIlim))，其余附图标记基本与图1中相同附图标记的含义相同。

本发明的调节液压-轧辊间隙伺服系统，使得当在系统最小工作压力附近给定轧辊间隙变化阶跃值20微米时，上升时间为Tact秒。

轧机两侧测厚仪距轧机距离为L米，轧制时速度为v米/秒(即出口带钢速度，由出口侧测速仪得到)。

本发明的方法是先测出待轧制工件的入口厚度偏差，得到轧辊间隙控制的前馈修正量，然后通过测出待轧制工件的出口厚度偏差，将出口厚度偏差分别通过乘法器与比例增益Kp和积分增益KI相结合，分别得到偏差比例修正量与偏差积分修正量，将前馈修正量、偏差比例修正量、偏差积分修正量和轧辊间隙参考设定值四者相加，得到实际轧辊间隙设定值，通过轧机模数控制装置根据实际轧辊间隙设定值，对轧辊间隙控制装置输出控制指令，通过轧辊间隙控制装置用于设定上、下工作辊之间的轧辊间隙，实现平滑调节，其中，Kp独立的设定范围通过事先给定得出，为[0，KIlim)，KPLim＝(1+C_P/C_M)，C_P是工件的弹性系数，C_M是轧机的弹性模量；KI独立的设定范围也通过事先给定得出，为[0，KIlim)，其中

$\mathrm{KILim}=(1-\frac{C_P}{C_M})\frac{2}{T_1+L/v+\mathrm{Tact}}\sqrt{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^2{\mathrm{Kp}}^2}\arctan \left(\frac{1+{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}\right).$

其中T1为检测厚度偏差的测厚仪传感器检测时间，即从开始检测至传递信号的时间；Tact为轧辊间隙液压系统反应时间；L为轧机两侧测厚仪距轧机距离；V为轧辊间隙液压系统反应速度，当调节一个参数或轧制速度变化时，不会出现大幅震荡现象。

具体而言，本方法包括以下步骤：

1)通过轧机入口测厚仪2测得实际板厚，将所得到的实际板厚hin与基准值hinref通过比较器10进行比较，得到入口厚度偏差值Δhin；

2)将入口厚度偏差值Δhin通过乘法器11乘以增益C_p/C_M，得到轧辊间隙控制的前馈修正量ΔSff，其中C_P是工件的弹性系数，C_M是轧机的弹性模量；

3)通过轧机出口测厚仪5检测轧机出口带钢的实际板厚hout，与基准值houtref在比较器或加减器(7)进行比较计算，求出厚度偏差Δhout；

4)将偏差信号Δhout通过乘法器26乘以经过幅值限制8的比例增益Kp，求出偏差比例控制修正量houKp，所述比例增益Kp的取值通过以下公式进行限制：

$\mathrm{Kp}<(1+\frac{C_P}{C_M});$

5)通过偏差信号输入积分器9在乘法器26乘以通过动态幅值KIlim限制的积分增益KI，得到偏差积分控制修正量houtKI，所述KIlim的取值通过以下公式进行限制：

$\mathrm{KIlim}<(1-\frac{C_P}{C_M})\frac{2}{T_1+L/v+\mathrm{Tact}}\sqrt{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^2{\mathrm{Kp}}^2}\arctan \left(\frac{1+{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}\right);$

6)将比例控制修正量houKp和偏差积分控制修正量houtKI与前馈轧辊间隙修正量ΔSff通过加法器12相加，从而得到轧辊间隙控制的修正量ΔS，在加法器12中加上轧辊间隙参考设定值Sref，从而得到了实际轧辊间隙设定值；

7)所述轧机的轧机模数控制装置根据实际轧辊间隙设定值，对轧辊间隙控制装置输出控制指令，通过轧辊间隙控制装置用于设定上、下工作辊之间的轧辊间隙，实现平滑调节。

图3是本发明所示系统的总方块图；图4是图3所示系统的计算机模拟实验结果的曲线图(KI＝0.5KIlim)；图5是图3所示系统的计算机模拟实验结果的曲线图(KI＝8.1757，比例积分系数限制为0.9KIlim)。

从图3、图4和图5，对比图1、图2可以看出，对于积分系数没有PI参数稳定范围的限制，而选取固定值在高速的时候性能很好，在低速的时候性能会恶化，并可能导致不稳定，如果按照最低工作速度时稳定的积分系数就得不到较好的性能。如果按照比例系数和积分系数稳定限制进行调节，就可以不用关心的调试系数导致不稳定的情况。

本发明使得对PI控制参数的调试事先就有一定的参考范围，并且随着比例增益参数的改变、轧制速度的改变，积分增益参数可调范围也在动态的变化，在此范围内进行调试，从而大大减少了调试的时间，扩大参数可调节的范围。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.具有PI参数限制的单机架轧机自动板厚控制方法，用于包括轧辊间隙控制装置和轧机模数控制装置的厚度控制系统，其特征在于：该方法是先测出待轧制工件的入口厚度偏差，得到轧辊间隙控制的前馈修正量，然后通过测出待轧制工件的出口厚度偏差，将出口厚度偏差分别通过乘法器与比例增益Kp和积分增益KI相结合，分别得到偏差比例修正量与偏差积分修正量，将前馈修正量、偏差比例修正量、偏差积分修正量和轧辊间隙参考设定值四者相加，得到实际轧辊间隙设定值，通过轧机模数控制装置根据实际轧辊间隙设定值，对轧辊间隙控制装置输出控制指令，通过轧辊间隙控制装置用于设定上、下工作辊之间的轧辊间隙，实现平滑调节，其中，Kp独立的设定范围通过事先给定得出，为[0，Kplim)，KPLim＝(1+C_P/C_M)，C_P是工件的弹性系数，C_M是轧机的弹性模量；KI独立的设定范围也通过事先给定得出，为[0，KIlim)，其中

$\mathrm{KILim}=(1-\frac{C_P}{C_M})\frac{2}{T_1+L/v+\mathrm{Tact}}\sqrt{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^2{\mathrm{Kp}}^2}\arctan \left(\frac{1+{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}\right)$

其中T1为检测厚度偏差的测厚仪传感器检测时间，即从开始检测至传递信号的时间；Tact为轧辊间隙液压系统反应时间；L为轧机两侧测厚仪距轧机距离；V为轧辊间隙液压系统反应速度，当调节一个参数或轧制速度变化时，不会出现大幅震荡现象。

2.根据权利要求1所述的具有PI参数限制的单机架轧机自动板厚控制方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)通过轧机入口测厚仪(2)测得实际板厚，将所得到的实际板厚hin与基准值hinref通过比较器(10)进行比较，得到入口厚度偏差值Δhin；

2)将入口厚度偏差值Δhin通过乘法器(11)乘以增益C_p/C_M，得到轧辊间隙控制的前馈修正量ΔSff，其中C_P是工件的弹性系数，C_M是轧机的弹性模量；

3)通过轧机出口测厚仪(5)检测轧机出口带钢的实际板厚hout，与基准值houtref在比较器或加减器(7)进行比较计算，求出厚度偏差Δhout；

4)将偏差信号Δhout通过乘法器(26)乘以经过幅值限制(8)的比例增益Kp，求出偏差比例控制修正量houKp，所述比例增益Kp的取值通过以下公式进行限制：

$\mathrm{Kp}<(1+\frac{C_P}{C_M});$

5)通过偏差信号输入积分器(9)在乘法器(26)乘以通过动态幅值KIlim限制的积分增益KI，得到偏差积分控制修正量houtKI，即KI的取值通过以下公式进行限制：

$\mathrm{KI}<(1-\frac{C_P}{C_M})\frac{2}{T_1+L/v+\mathrm{Tact}}\sqrt{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^2{\mathrm{Kp}}^2}\arctan \left(\frac{1+{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}{1-{(1+\frac{C_P}{C_M})}^{-1}\mathrm{Kp}}\right);$

6)将比例控制修正量houKp和偏差积分控制修正量houtKI与前馈修正量ΔSff通过加法器(12)相加，从而得到轧辊间隙控制的修正量ΔS，在加法器(12)中加上轧辊间隙参考设定值Sref，从而得到了实际轧辊间隙设定值；

7)所述轧机的轧机模数控制装置根据实际轧辊间隙设定值，对轧辊间隙控制装置输出控制指令，实时调节上、下工作辊的轧辊间隙，实现平滑调节。

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