CN102343365B - 高精度带钢轧制监视自动厚度控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高精度带钢轧制监视自动厚度控制方法及系统，将监视AGC与秒流量AGC方法联用，结合二者的优势以提高带钢产品的厚度控制精度；利用出口测厚仪的精确测量值修正秒流量方程的误差，使得秒流量AGC性能进一步提高；通过调节轧机传动辊的速度来完成整体AGC控制，相比原有调节轧机辊缝方式可进一步提高整体AGC调节精度。使用了特有的同步传输模型TPM(Transport Model)来实现带钢参数的同步传输，克服了原有Smith预估方法的不足。使用动态平均模块可以在带钢速度任意变化的情况下精确求取厚度误差在监视段上的平均值。

Description

高精度带钢轧制监视自动厚度控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种用于冷连轧机的高精度带钢轧制监视自动厚度控制(AGC)方法及系统，特别是涉及一种跟秒流量AGC联用的高精度带钢轧制监视AGC的方法。

背景技术

在冷连轧机带钢轧制过程中，为了改善带钢的纵向公差，提高产品厚度命中率，国内外对连轧机自动厚度控制系统进行了大量的研究。以前最常用的厚度控制方法是通过在轧机机架后配置测厚仪对带钢的实际厚度进行测量，进而通过调节轧机的液压辊缝来对带钢厚度进行反馈控制。这种厚度控制方法称为监视AGC(Monitor Automatic Gauge Control)。但由于轧机结构的限制，测厚仪一般安装在距离轧机辊缝一定距离的地方，这样实际轧出厚度的波动必须要经过一段滞后时间才能得到，这个滞后时间对控制系统性能是极为不利的。

上世纪90年代由于激光测速仪的推出使得有可能直接精确测量到带钢速度，因此不仅可精确获得各机架前滑值，而且通过变形区秒流量恒等法则可以精确地计算出变形区出口厚度。秒流量恒定法则的意思是机架前后金属的质量流恒定，又由于机架前后的带钢宽度基本一致，则带钢在机架前后的速度和厚度保持严格的比例关系，即：

V_en×h_en＝V_ex×h_ex

式中V_en-带钢入口速度；V_ex-带钢出口速度；h_en-带钢入口厚度；h_ex-带钢出口厚度。如果对带钢段h_en实测后通过延迟，当实测h_en的带钢段进入变形区时根据此时实测的V_en和V_ex即可精确得到此带钢段的变形区出口厚度。这一技术解决了长期困扰冷连轧机AGC系统设计的问题，由于新型激光测速仪的使用可以高精度地获得变形区出口厚度并且可以没有滞后地进行反馈控制，从而成功地将厚控精度提高了一个数量级。

秒流量AGC解决了监视AGC的滞后时间问题，大大改善了控制性能，但监视AGC仍然有其存在的必要。首先出口测厚仪虽然测量结果有滞后，但其精度很高，一般可以达到1um；秒流量计算方程难以达到这样的精度，可以利用出口测厚仪测量值对秒流量计算方程进行修正，使得秒流量AGC的精度更高；第二，秒流量AGC无法克服轧机工作点发生变化造成的误差，例如由于长期轧制造成轧辊磨损、轧辊热膨胀、前滑系数发生变化等等。这些较为长期的过程造成的厚差仍然需要监视AGC来克服。

目前使用效果最好的监视AGC方法使用了Smith预估来克服出口测厚仪测量的滞后时间，如果知道滞后时间的准确值，则Smith预估方法可以很好地“预测”带钢出口厚度，监视AGC的性能也比较好。但如果带钢出口速度是变化的，则出口测厚仪测量的滞后时间是一个变量，如果滞后时间变化比较大则会严重影响Smith预估方法的性能。

原有监视AGC方法通常计算出轧机的辊缝调节量来实现监视AGC调节，轧机辊缝使用液压压下系统控制，液压压下系统精度高、响应快，但其计算辊缝调节量的公式为：

$\mathrm{\ΔS}=(1+\frac{C_m}{K_m})\mathrm{\Δh}$

式中，ΔS为监视AGC的辊缝调节量；C_m为-带钢塑性系数；K_m为轧机刚度系数；Δh为带钢出口厚度误差监视值；其中带钢塑性系数C_m和轧机刚度系数K_m为轧机在试车阶段测试得到，目前无法得到精确值，这影响了监视AGC的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高精度带钢轧制监视自动厚度控制方法及系统，监视AGC与秒流量AGC方法联用以提高带钢产品的厚度控制精度。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：高精度带钢轧制监视自动厚度控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

步骤1、按照秒流量方程计算带钢出口厚度

$h_{\mathrm{ex},\mathrm{calc}}=\frac{V_{\mathrm{en}}\×h_{\mathrm{en}}}{V_{\mathrm{ex}}},$

式中，h_ex，calc为秒流量方程计算的出口厚度；V_en为带钢入口速度实际值，由入口张力辊上脉冲编码器测量得到；V_ex为带钢出口速度实际值，由出口激光测速仪测量得到；h_en为带钢入口厚度实际值，由入口测厚仪测量得到；

并将h_ex，calc同步传输到出口测厚仪处得到出口测厚仪处的预计算出口厚度h_exc，ethg；

步骤2、根据出口厚度差、机架速度、加速度求取监视AGC自适应补偿因子F_comp，具体包括：

2.1、根据机架出口速度实际值选取速度因子F_V；

2.2、根据出口厚度差选取厚度因子F_h；

2.3、根据是否处于加减速阶段选择加速度因子F_a；

2.4、计算监视AGC自适应补偿因子F_comp＝F_V×F_h×F_a；

步骤3、求取当前时刻监视厚度误差E_mon

E_mon(n)＝(h_ex，thg-h_exc，ethg)×F_comp-E_tpm(n-1)，

式中，h_ex，thg为出口测厚仪测量值；E_tpm(n-1)为上一时刻监视AGC控制量对当前时刻造成的出口厚度影响值；n表示当前时刻，且E_tpm(0)＝0；

然后加以平均、斜坡处理后得到监视段上厚度误差平均值

和平均斜坡值

步骤4、将

通过一阶滞后环节得到秒流量计算厚度修正误差Δh_MFC，并将Δh_MFC从辊缝处同步传输到出口测厚仪处得到出口测厚仪处的厚度修正误差Δh_MFC，ethg；

将Δh_MFC，ethg通过第二个一阶滞后环节后得到当前时刻监控AGC控制量对下一时刻造成的出口厚度影响值E_tpm(n)；

步骤5、计算监视AGC的传动辊速度调节量ΔV_r，mon：

5.1、根据出口厚差平均斜坡值

计算带钢出口速度调节量ΔV_mon：

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{mon}}=-\frac{V_{\mathrm{ex}}\×\stackrel{\‾}{E_{R,\mathrm{mon}}}}{h_{\mathrm{ex},\mathrm{set}}},$

式中，h_ex，set为带钢出口厚度设定值，由过程计算机按照轧制规程制定；

5.2、根据机架的前滑因子、传动辊和工作辊的辊径比计算传动辊线速度的调节量ΔV_r，mon：

$\mathrm{\Δ}{V}_{r,\mathrm{mon}}=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{mon}}}{(1+F_{\mathrm{sl}})\×R_d},$

式中，F_sl为机架前滑因子；R_d为传动辊和工作辊的辊径比；

步骤6、将求得的出口测厚仪处的厚度修正误差Δh_MFC，ethg送到秒流量AGC程序，并将传动速度调节量ΔV_r，mon送到变频器调节机架传动电机，以实现自动厚度控制。

所述的步骤1和步骤4所述的同步传输分别通过同步传输模型实现的；

同步传输模型由第一至第三移位寄存器和判断模块组成，传输距离分为若干段，每个段上的参数对应存储在移位寄存器的元素中，分段数是可变的，由传输速度决定，每段的长度为L_S＝V×T_S，式中L_S为每段的长度，V为传输速度，T_S为采样时间；

第一移位寄存器用于存储输入的参数值X，每经过一个采样时间T_S将所有存储的数据依次向后移动一位，然后将当前时刻的输入参数值X存到本寄存器的第一个位置；

第二移位寄存器用于存储分段的长度，每经过一个采样时间T_S将所有存储的数据依次向后移动一位，然后将当前时刻的分段长度存储在本寄存器的第一个位置；

第三移位寄存器用于存储相应的参数值X传输过的距离，即将第二移位寄存器中对应时间之前的所有元素相加得到，每经过一个采样时间将所有存储的距离值依次向后移动一位，然后将当前时刻的分段长度存储在本寄存器的第一个位置，即第二和第三移位寄存器的第一个元素总是相等的；三个移位寄存器一一对应；

判断模块用于每一个采样时间判断一次第三移位寄存器中是否有大于等于传输距离L的元素，若第i个元素值大于等于传输距离而第i-1个元素值小于传输距离，表示第一移位寄存器中的第i个元素已经传输了指定传输距离，则将第一移位寄存器中第i个元素值输出。

所述的步骤3使用动态平均模块求取E_mon在监视段上的平均值

动态平均模块由第四至第六移位寄存器和判断处理模块组成，监控段长度分为若干段，分段数由带钢速度决定，每段的长度为L_S＝V×T_S，式中L_S为每段的长度，V为带钢传输速度，T_S为采样时间；

第四移位寄存器存储需动态计算平均值的输入变量的采样值，每经过一个采样时间T_S将寄存器中所有元素依次向后移动一位，然后将当前时刻的输入采样值存入本寄存器的第一个位置；

第五移位寄存器用来存储输入采样值的权值，权值由带钢速度决定的，每个输入采样值的权值为W_X＝V×T_S/L_mon，式中，L_mon为监视段的长度；每经过一个采样时间将寄存器中所有存储的权值依次向后移动一位，然后将当前时刻输入变量的权值存入本寄存器的第一个位置；

第六移位寄存器用来存储输入采样值的权值和，即将第五移位寄存器中对应时间之前的所有权值相加得到，每个采样时刻将所有存储的权值和依次向后移动一位，然后将当前时刻输入变量的权值存储在本寄存器的第一个位置，即第六移位寄存器和第五移位寄存器的第一个元素总是相等的；三个寄存器一一对应；

判断处理模块用于每一个采样时刻判断第六移位寄存器中最先出现大于等于1.0的元素，若第i个元素大于等于1.0而第i-1个元素小于1.0，则将第五移位寄存器的第i个元素减去第六移位寄存器中第i个元素超过1.0的量，以确保第五移位寄存器的前i个元素的和正好是1.0；然后将第四移位寄存器的前i个元素乘以相应的第五移位寄存器的前i个元素值，并求和得到输入变量E_mon在监视段长度上的平均值

所述的步骤3使用斜坡发生器来产生监视出口厚度误差平均斜坡值

斜坡值计算公式为： $Y_{\mathrm{ramp}}\left(n\right)=Y_{\mathrm{ramp}}(n-1)+\frac{T_S}{T_A},$

式中，Y_ramp(n)为当前时刻斜坡发生器输出值，Y_ramp(n-1)为上一时刻斜坡发生器输出值，T_S为采样时间，T_A为斜坡时间，通过调节T_A控制斜坡变化的快慢程度，T_A越大则斜坡变化得越慢，T_A越小则斜坡变化得越快；

将

代入斜坡值计算公式得到

5、高精度带钢轧制监视自动厚度控制系统，其特征在于：它包括：

出口厚度预计算装置，用于在带钢入口处按照秒流量方程计算带钢出口厚度：

$h_{\mathrm{ex},\mathrm{calc}}=\frac{V_{\mathrm{en}}\×h_{\mathrm{en}}}{V_{\mathrm{ex}}},$

式中，h_ex，calc为秒流量方程计算的出口厚度；V_en为带钢入口速度实际值，由入口张力辊上脉冲编码器测量得到；V_ex为带钢出口速度实际值，由出口激光测速仪测量得到；h_en为带钢入口厚度实际值，由入口测厚仪测量得到；

第一同步传输模型装置，用于将h_ex，calc以带钢入口速度同步传输至轧机辊缝处的装置，得到轧机辊缝处预计算厚度h_exc，gap；

第二同步传输模型装置，用于将辊缝处的预计算厚度h_exc，gap以带钢出口速度同步传输至出口测厚仪处，得到出口测厚仪处的预计算出口厚度h_exc，ethg；

自适应补偿装置，用于根据出口厚度差、机架速度、加速度求取监视AGC自适应补偿因子F_comp；

动态平均模块，用于求取监视厚度误差E_mon在监视段上的平均值

秒流量计算厚度误差修正装置，用于计算秒流量计算的出口厚度误差修正值，包括斜坡发生器和第一一阶滞后装置；斜坡发生器用于计算

的斜坡值

第一一阶滞后装置用于补偿速度调节机构的动作延时得到秒流量计算厚度修正误差Δh_MFC；

第三同步传输模型装置，用于将Δh_MFC从辊缝处同步传输到出口测厚仪处得到出口测厚仪处的厚度修正误差Δh_MFC，ethg；

第二一阶滞后装置，用于补偿出口测厚仪的采样延时得到当前时刻监控AGC控制量对下一时刻造成的出口厚度影响值E_tpm(n)；

监视AGC调节装置，用于计算监视AGC控制量，包括带钢出口速度调节装置和传动辊速度调节装置；带钢出口速度调节装置用于根据

计算带钢出口速度调节量ΔV_mon；传动辊速度调节装置用于根据带钢出口速度调节量ΔV_mon计算传动辊线速度调节量ΔV_r，mon。

本发明的工作原理为：在带钢轧制过程中，同时使能秒流量AGC和监视AGC的情况下，使用出口厚度预计算装置计算出带钢出口厚度，该厚度值是根据当前时刻入口测厚仪处的带钢段厚度计算出来的，为了使用出口测厚仪的检测厚度对其进行修正，就必须将该计算值同步传输至出口测厚仪处，然后同出口测厚仪处的检测厚度相比较就得到秒流量计算厚度误差，乘以自适应补偿装置计算的监视AGC补偿因子就得到了监视AGC误差值，考虑到这个误差值中包含有上一时刻监视AGC调节造成的影响值，因此必须将该影响值减去，监视AGC调节造成的影响值由监视AGC影响补偿装置进行计算。

监视AGC误差经过动态平均模块求取其在监视段上的平均值，再通过斜坡发生器装置，就得到监视AGC误差平均斜坡值；

考虑到速度调节机构动作延时，将监视AGC误差平均斜坡值通过第一一阶滞后装置补偿掉动作延时则得到监视AGC对秒流量方程的误差修正值；

注意到计算监视AGC误差值时是使用出口测厚仪处的厚度数据进行计算的，因此在计算当前时刻监视控制造成的影响时，需要将辊缝处的秒流量误差修正值同步传输至出口测厚仪处，再使用第二一阶滞后装置补偿掉出口测厚仪的采样延时，就得到当前时刻监视AGC控制对下一时刻造成的影响值；

最后根据监视AGC误差平均斜坡值使用带钢出口速度调节装置计算得到带钢出口速度调节量，由于轧机速度是通过传动装置控制的，因此在考虑了前滑和传动辊与工作辊的辊径比的情况下，通过传动辊速度调节装置计算出轧机传动辊线速度调节量。将该调节量输出到轧机传动装置去就实现了这种高精度的监视AGC控制。

本发明的有益效果为：

1、将监视AGC与秒流量AGC方法联用，结合二者的优势以提高带钢产品的厚度控制精度；利用出口测厚仪的精确测量值修正秒流量方程的误差，使得秒流量AGC性能进一步提高；通过调节轧机传动辊的速度来完成整体AGC控制，相比原有调节轧机辊缝方式可进一步提高整体AGC调节精度。

2、本发明中使用了特有的同步传输模型TPM(Transport Model)来实现带钢参数的同步传输，克服了原有Smith预估方法的不足。即使用移位寄存器来存储输入的参数值，当前时刻的参数值放入寄存器第一个位置，随着参数值对应的物体运行，该参数值也随之在寄存器中往前移动，当相应的物体运行完传输距离的同时，将该参数值输出。本同步传输模型的特点是考虑了带钢速度可能会发生变化，在速度任意变化的情况下仍能精确地实现同步传输。

3、本发明中使用特有的动态平均模块可以在带钢速度任意变化的情况下精确求取厚度误差在监视段上的平均值。即使用移位寄存器来存储监视厚度误差值和其权值，随着误差值对应的物体运行，该误差值和权值也随之在寄存器中往前移动，当相应的物体运行完整个监控段距离的同时，该物体在监控段上的权值和正好达到1.0，这时将监视厚度误差值同其权值相乘并求和即可得到监视厚度误差在监控段上的平均值。本动态平均模块的特点是考虑了传输速度可能会发生变化，在速度任意变化的情况下仍能精确地求取监视厚度误差在监控段上的平均值。

附图说明

图1为五机架冷连轧机及主要检测元件示意图。

图2为同步传输模型的程序流程图。

图3为动态平均模块的程序流程图。

图4为本发明的系统原理图。

具体实施方式

图1为五机架冷连轧机及主要检测元件示意图，五机架冷连轧机的五个机架都为六辊轧机，机架上面的数字1～5分别代表1～5号机架，轧制方向从左向右。由于每个机架的机械设备都是一样的，以3号机架为例说明五机架连轧机的设备组成：3号机架由上支撑辊6、上中间辊7、上工作辊8、下工作辊9、下中间辊10、下支撑辊11组成。此外，连轧机入口处装有张力辊12、出口处装有卷取机13；轧机传动系统为中间辊传动，上下中间辊使用变频调速电机14、15进行调速，电机由变频器16驱动，可编程逻辑控制器(PLC)17将速度调节量发给变频器，变频器调节电机转速使得传动辊线速度达到设定值；轧机使用压下系统18控制辊缝；控制原则是厚度控制(AGC)通过调节轧机传动速度来完成，而机架间张力则通过调节辊缝来完成。检测仪表共包括4套X射线测厚仪、3套激光测速仪、若干套脉冲编码器(在所有调速电机上都装有脉冲编码器)。其中4套X射线测厚仪分别为1号机架入口测厚仪19、1机架出口测厚仪20、5机架入口测厚仪21、5机架出口测厚仪22；3套激光测速仪分别为1机架出口测速仪23、4机架出口测速仪24、5机架出口测速仪25；另外由于入口张力辊处不存在前滑，在入口张力辊上安装脉冲编码器26即可以精确得到1机架入口带钢线速度，这样1机架入口处不需要配置激光测速仪。根据这样的仪表配置，1号和5号机架都可以使用秒流量AGC和监视AGC联用的AGC控制，但由于连轧机末两个机架根据轧制带钢的规格不同有三种控制模式，分别为模式A、B和C，分别对应于较厚较软的带钢、中等厚度的带钢、较薄较硬的带钢，监视AGC的实现方法有一些区别。例如C模式下5号机架是作为平整机架的，5机架的出口厚度是不控制的，对带钢出口厚度的调节需要在前4个机架上完成，这样控制量的计算和实施对象跟其它模式下不一样；A模式和B模式下张力的控制方法也有一定区别。由于模式的多样性5机架后的监视AGC方法不适合用于说明本方法的思想，因此本实施例以1号机架的监视AGC方法为例做一个说明，5机架后的监视AGC控制思想是一样的，只是实现方法会有一些区别。

该AGC方法包括以下步骤：

1.计算得到当前时刻出口测厚仪处的带钢出口厚度h_exc，ethg：

在轧制过程中，同时使能了秒流量AGC和监视AGC的情况下，根据秒流量方程预计算得到带钢出口厚度值，通过两个同步传输模型将该值从入口测厚仪处传输至出口测厚仪处，具体为：

(1)根据秒流量方程预计算带钢出口厚度值：

1号轧机入口处配备有测厚仪可以测得带钢入口厚度，入口张力辊上装配有脉冲编码器，由于在张力辊处不存在前滑，因此可以将张力辊线速度作为带钢入口速度，1机架出口处配备有激光测速仪可以得到带钢出口速度，根据这些检测仪表得到的测量值，使用出口厚度预计算装置27以下述公式计算带钢出口厚度h_ex，calc：

$h_{\mathrm{ex},\mathrm{calc}}=\frac{V_{\mathrm{en}}\×h_{\mathrm{en}}}{V_{\mathrm{ex}}}$

式中，h_ex，calc为秒流量方程计算的出口厚度；V_en为带钢入口速度实际值，由入口张力辊上脉冲编码器测量得到；V_ex为带钢出口速度实际值，由出口激光测速仪测量得到；h_en为带钢入口厚度实际值，由入口测厚仪测量得到。

(2)使用第一同步传输模型得到传输到辊缝处的出口厚度值h_exc，gap：

使用第一同步传输模型，将计算出来的h_ex，calc以带钢入口速度从入口测厚仪处同步传输至1机架辊缝处，得到当前时刻辊缝处的出口厚度值h_exc，gap，即：

h_exc，gap＝TPM1(h_ex，calc)

(3)使用第二同步传输模型得到传输到出口测厚仪处的出口厚度值h_exc，ethg：

使用第二同步传输模型，将辊缝处的出口厚度值h_exc，gap以带钢出口速度从辊缝处同步传输至出口测厚仪处，得到当前时刻出口测厚仪处的出口厚度值h_exc，ethg，即：

h_exc，ethg＝TPM2(h_exc，gap)。

本发明采用独特的同步传输模型，同步传输模型TPM的程序流程图如图2所示，每个同步传输模型结构相同。本实施例以第一同步传输模型为例进行说明，第一同步传输模型由第一至第三移位寄存器和判断模块组成，每个移位寄存器可以储存若干个实数变量。首先将传输距离分为若干个段，注意分段个数不是固定的，而是由带钢速度决定的，每一个段的长度为：L_S＝V×T_S，式中L_S为每段的长度，V为传输速度，T_S为采样时间；T_s为固定值，视PLC控制器设置而定，本实施例中T_s＝4ms。

第一移位寄存器存储输入的带钢厚度采样值，每经过一个采样时间T_s将所有存储的数据依次向后移动一位，然后将当前时刻的带钢厚度采样值存到本寄存器的第一个位置；

第二移位寄存器存储分段的长度，每经过一个采样时间将所有存储的数据依次向后移动一位，然后将当前时刻的分段长度存储在本寄存器的第一个位置；

第三移位寄存器存储相应的带钢厚度采样值走过的距离，即将第二移位寄存器对应时间之前的所有分段长度相加得到，例如第三移位寄存器的第k个元素为：

$B3\left[k\right]=\underset{m=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}B2\left[m\right],$

式中，B2和B3分别代表第二和第三移位寄存器。

每经过一个采样时刻将所有存储的距离值依次向后移动一位，然后将当前时刻的分段长度存储在本寄存器的第一个位置，即第二和第三移位寄存器的第一个元素总是相等的；三个寄存器一一对应；

判断模块用于每一个采样时间判断一次第三移位寄存器中是否有大于等于传输距离L的元素，若第i个元素值大于等于传输距离而第i-1个元素值小于传输距离，表示第一移位寄存器中的第i个元素已经传输了指定传输距离，则将第一移位寄存器中第i个元素值输出；

注意这里需要事先设置寄存器的最大存储空间N，如果带钢速度非常慢，每个分段的长度都特别小，N个分段长度和还达不到设置的传输距离L，就会发生寄存器溢出故障。因此在本传输模型中，设置存储空间N＝500，每个采样时刻都会判断分段长度L_S是否小于最小分段长度L_min＝L/500，如果小于最小分段长度则本采样时刻三个寄存器不进行更新，而仅仅将分段长度求和，然后在下一个采样时刻判断分段长度的和值是否大于等于最小分段长度；直到分段长度的和值大于等于最小分段长度才进行三个移位寄存器的更新。这样就确保了移位寄存器不会发生溢出故障。

2.获取监视AGC自适应补偿因子F_comp：

根据带钢出口速度、出口厚差、是否处于加减速阶段这几个因素自适应选择监视AGC补偿因子，具体为：

(1)根据1机架出口速度实际值选取速度因子F_V，出口速度越大则速度因子越小，速度因子取值在0.7～1.0之间。

(2)根据出口厚度差选取厚度因子F_h，出口厚差越大则厚度因子越大，厚度因子取值在0.6～1.0之间。

(3)根据是否处于加减速阶段选择加速度因子F_a，如果没有处于加减速阶段，则加速度因子取为1.0；如果处于加减速阶段，则需提高加速度因子，可取为1.2；

(4)以下式计算监视AGC自适应补偿因子F_comp：

F_comp＝F_V×F_h×F_a

3.获取监视AGC出口厚度误差平均斜坡值

首先求得出口厚度的监视厚度误差E_mon，然后求取该误差在监视段上的平均值，为了防止控制量出现阶跃，最后还加以斜坡处理得到监视AGC出口厚度误差平均斜坡值

具体为：

(1)以下式计算当前时刻监视厚度误差E_mon：

E_mon(n)＝(h_ex，thg-h_exc，ethg)×F_comp-E_tpm(n-1)    n＞1；

E_mon(n)＝(h_ex，thg-h_exc，ethg)×F_comp    n＝1；

式中，h_ex，thg为出口测厚仪测量值；E_tpm(n-1)为上一时刻监视AGC控制量对当前时刻造成的出口厚度影响值；n表示当前时刻；由于上一时刻监视AGC调节后会对本时刻的出口厚度造成影响，因此在计算当前时刻的监视AGC控制量的时刻须先将上一时刻控制造成的影响值减去。如果当前时刻为初始时刻，那么上一时刻的监视AGC控制量为0，因此其影响值也为0。

(2)使用动态平均模块求取E_mon在监视段上的平均值

流程图如图3所示：

监视AGC是用于补偿较为长期的过程变化造成的出口厚差的趋势(偏薄或是偏厚)，因此需要对整个监视段(即从机架辊缝至出口测厚仪这一段距离)上求取E_mon的平均值，这样一些随机的干扰造成的误差会相互抵消。

使用动态平均模块MAV求取E_mon在监视段上的平均值即：

$\stackrel{\‾}{E_{\mathrm{mon}}}=\mathrm{MAV}\left(E_{\mathrm{mon}}\right).$

动态平均模块由第四至第六移位寄存器和判断处理模块组成，将监控段(即从机架辊缝至出口测厚仪这一段距离)分为若干段，分段数由带钢速度决定，每段的长度为L_S＝V×T_S，式中L_S为每段的长度，V为带钢传输速度，T_S为采样时间；

第四移位寄存器存储输入变量E_mon的采样值，每经过一个采样时间T_S将寄存器中所有存储的值依次向后移动一位，然后将当前时刻输入变量的采样值存入本寄存器的第一个位置；

第五移位寄存器用来存储输入变量采样值的权值，权值由带钢速度决定的，每个输入变量的权值为W_X＝V×T_S/L_mon，式中，L_mon为监视段的长度；每经过一个采样时间将寄存器中所有存储的权值依次向后移动一位，然后将当前时刻输入变量的权值存入本寄存器的第一个位置；

第六移位寄存器用来存储输入变量采样值的权值和，即将第五移位寄存器中对应时间之前的所有权值相加得到，例如第六移位寄存器中的第k个元素为：

$B6\left[k\right]=\underset{m=1}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}B5\left[m\right],$

式中，B5和B6分别代表第五和第六移位寄存器。

每个采样时刻将所有存储的权值和依次向后移动一位，然后将当前时刻输入变量的权值存储在本寄存器的第一个位置，即第六移位寄存器和第五移位寄存器的第一个元素总是相等的。三个寄存器一一对应；

判断处理模块用于每一个采样时间判断第六移位寄存器中最先出现大于等于1.0的元素，若第i个元素大于等于1.0而第i-1个元素小于1.0，则将第五移位寄存器的第i个元素减去第六移位寄存器中第i个元素超过1.0的量，以确保第五移位寄存器的前i个元素的和正好是1.0；然后将第四移位寄存器的前i个元素乘以相应的第五移位寄存器的前i个元素值，即每个时刻的输入变量E_mon乘以其相应的权值并求和就得到了输入变量E_mon在监视段长度上的平均值

即：

$\stackrel{\‾}{E_{\mathrm{mon}}}=\underset{j=1}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(B4\right[j]\×B5[j\left]\right),$

式中，B4和B5分别代表第四和第五移位寄存器。

注意这里需要事先设置寄存器的最大存储空间C，如果带钢速度非常慢，每个分段的权值都特别小，C个权值和还达不到1.0，就会发生寄存器溢出故障。因此在本动态平均模块中，设置存储空间C＝100，每个采样时刻都会判断当前时刻权值W_X是否大于等于最小权值W_min＝1.0/C，如果小于最小权值则本采样时刻三个移位寄存器均不进行更新，而仅仅将权值求和，然后在下一个采样时刻判断权值和是否大于等于最小权值；直到权值和值大于等于最小权值才进行三个移位寄存器的更新。

(3)使用斜坡发生器来产生监视出口厚度误差平均值

的斜坡值

由于需要使用

来计算监视AGC的控制量，一般来说，要避免AGC控制量发生阶跃变化，这样会对控制器的执行机构带来较大的冲击，因此这里使用了斜坡发生器RGE(RampGenerator)来产生出口厚差平均值的斜坡值

这样当输入的变量发生阶跃变化时，斜坡发生器的输出值不会发生阶跃变化，而是斜坡到达输入变量值。

斜坡发生器按下式计算斜坡值：

$Y_{\mathrm{ramp}}\left(n\right)=Y_{\mathrm{ramp}}(n-1)+\frac{T_S}{T_A},$

式中，Y_ramp(n)为当前时刻斜坡发生器输出值，Y_ramp(n-1)为上一时刻斜坡发生器输出值，T_S为采样时间，T_A为斜坡时间，通过调节T_A控制斜坡变化的快慢程度，T_A越大则斜坡变化得越慢，T_A越小则斜坡变化得越快。

使用斜坡发生器来产生监视出口厚度误差平均斜坡值

即：

$\stackrel{\‾}{E_{R,\mathrm{mon}}}=\mathrm{RGE}\left(\stackrel{\‾}{E_{\mathrm{mon}}}\right)$

这样当

发生变化时，不是立刻变为新值，而是每个采样时刻变化

直到

达到新值。

4.获取秒流量计算厚度误差修正值Δh_MFC和当前时刻监视AGC控制的影响值E_tpm(n)：

首先将厚度误差平均斜坡值

通过第一一阶滞后环节补偿执行机构的动作延时，即得到秒流量AGC厚度误差修正值Δh_MFC；然后使用第三同步传输模型和第二一阶滞后环节来求取当前时刻监视AGC的影响值E_tpm(n)，具体为：

(1)通过第一一阶滞后环节补偿AGC控制执行机构的动作延时：

计算误差修正值的时候需要补偿AGC控制执行机构的动作延时，这里用一个一阶滞后环节PT1来代表AGC控制执行机构，离散化的PT1环节算法为：

$Y_{\mathrm{pt}1}\left(n\right)=Y_{\mathrm{pt}1}(n-1)+\frac{T_S}{T_D}\×(X_n-X_{n-1})$

式中，Y_pt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Y_pt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；T_S为PLC控制器的采样时间；T_D为PT1环节时间常数，在这里取为AGC控制执行机构的上升时间，由于连轧机AGC通过调节传动速度来执行，那么这里是速度调节机构的上升时间；X_n为当前时刻输入值，在这里是当前时刻的值；X_n-1为

上一时刻的值。

将

通过第一一阶滞后环节补偿速度调节机构的上升时间，得到秒流量AGC的厚度误差修正量Δh_MFC，即：

$\mathrm{\Δ}{h}_{\mathrm{MFC}}={\mathrm{PT}1}_{\mathrm{SA}}\left(\stackrel{\‾}{E_{R,\mathrm{mon}}}\right),$

式中下标SA表示速度调节机构。

计算得到监视AGC对秒流量AGC的修正厚度误差Δh_MFC后，将Δh_MFC直接加到秒流量计算出口厚度值h_ex，calc上去，就得到经监视AGC修正后的秒流量计算出口厚度值，依据修正后的出口厚度值计算秒流量AGC的控制量，这样能进一步提高秒流量AGC的控制精度。

(2)使用第三同步传输模型将Δh_MFC值从辊缝处传输至出口测厚仪处，得到Δh_MFC，ethg，第三同步传输模型与第一同步传输模型结构相同。

注意到计算监视AGC误差值时是使用出口测厚仪处的厚度数据进行计算的，因此在计算当前时刻监视控制造成的影响时，需要使用第三个同步传输模型34将辊缝处的秒流量误差修正值传输至出口测厚仪处，该模型将计算出来的Δh_MFC以带钢出口速度从辊缝处同步传输至出口测厚仪处，即：

Δh_MFC，ethg＝TPM3(Δh_MFC)

(3)通过第二一阶滞后环节补偿出口测厚仪的检测延时；

将传输至出口测厚仪出的秒流量AGC厚度误差修正值通入第三一阶滞后环节，补偿出口测厚仪的检测延时，第三一阶滞后环节的时间常数为出口测厚仪检测延时时间。最终得到当前时刻监视AGC控制量对下一时刻造成的影响值E_tpm(n)，即：

E_tpm(n)＝PT1_ethg(Δh_MFC，ethg)

式中，下标ethg表示出口测厚仪；当前时刻的影响值E_tpm(n)计算出来以后供n+1时刻使用。

5.获取监视AGC的传动辊线速度调节量ΔV_r，mon：

根据监视AGC出口厚度误差平均斜坡值

计算所需要的出口速度调节量ΔV_mon，再根据前滑因子和辊径参数计算得到1机架传动辊线速度调节量ΔV_r，mon，具体为：

(1)以下式计算所需要的1机架出口速度调节量ΔV_mon：

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{mon}}=-\frac{V_{\mathrm{ex}}\×\stackrel{\‾}{E_{R,\mathrm{mon}}}}{h_{\mathrm{ex},\mathrm{set}}},$

式中，h_ex，set为带钢出口厚度设定值，由过程计算机按照轧制规程制定。

(2)以下式计算1机架传动辊线速度的调节量ΔV_r，mon：

$\mathrm{\Δ}{V}_{r,\mathrm{mon}}=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{mon}}}{(1+F_{\mathrm{sl}})\×R_d}$

式中，F_sl为1机架前滑因子，一般取值在0.03～0.5之间；R_d为传动辊和工作辊的辊径比，本例中是中间辊传动，因此这里就是中间辊同工作辊辊径的比值。

经过上述步骤，最终得到秒流量计算厚度误差修正值Δh_MFC和监视AGC的传动速度调节量ΔV_r，mon，将求得的秒流量误差修正值送到秒流量AGC程序去，并将传动速度调节量送到变频器去调节机架传动电机，就完成了这种监视AGC调节。

高精度带钢轧制监视自动厚度控制系统如图4所示，在PLC上编程实现，它包括：

出口厚度预计算装置27，用于在带钢入口处按照秒流量方程计算带钢出口厚度：

$h_{\mathrm{ex},\mathrm{calc}}=\frac{V_{\mathrm{en}}\×h_{\mathrm{en}}}{V_{\mathrm{ex}}},$

式中，h_ex，calc为秒流量方程计算的出口厚度；V_en为带钢入口速度实际值，由入口张力辊上脉冲编码器测量得到；V_ex为带钢出口速度实际值，由出口激光测速仪测量得到；h_en为带钢入口厚度实际值，由入口测厚仪测量得到；

第一同步传输模型28，用于将h_ex，calc以带钢入口速度同步传输至轧机辊缝处的装置，得到轧机辊缝处预计算厚度h_exc，gap；

第二同步传输模型29，用于将辊缝处的预计算厚度h_exc，gap以带钢出口速度同步传输至出口测厚仪处，得到出口测厚仪处的预计算出口厚度h_exc，ethg；

自适应补偿装置30，用于根据出口厚度差、机架速度、加速度求取监视AGC自适应补偿因子F_comp，该装置利用下述公式计算：

F_comp＝F_V×F_h×F_a

式中，F_V为出口速度因子；F_h为出口厚差因子；F_a为加速度因子；

得到补偿因子F_comp后，以下式计算当前时刻监视厚度误差E_mon：

E_mon(n)＝(h_ex，thg-h_exc，ethg)×F_comp-E_tpm(n-1)  n＞1；

E_mon(n)＝(h_ex，thg-h_exc，ethg)×F_comp  n＝1；

式中，h_ex，thg为出口测厚仪测量值；E_tpm(n-1)为上一时刻监视AGC控制量对当前时刻造成的出口厚度影响值；n表示当前时刻；由于上一时刻监视AGC调节后会对本时刻的出口厚度造成影响，因此在计算当前时刻的监视AGC控制量的时刻须先将上一时刻控制造成的影响值减去。如果当前时刻为初始时刻，那么上一时刻的监视AGC控制量为0，因此其影响值也为0。

动态平均模块31，用于求取监视厚度误差E_mon在监视段上的平均值

秒流量计算厚度误差修正装置，用于计算秒流量计算的出口厚度误差修正值，包括斜坡发生器32和第一一阶滞后装置33；斜坡发生器32用于计算

的斜坡值

第一一阶滞后装置33用于补偿速度调节机构的上升时间得到秒流量计算厚度修正误差Δh_MFC；

第三同步传输模型34，用于将Δh_MFC从辊缝处同步传输到出口测厚仪处得到出口测厚仪处的厚度修正误差Δh_MFC，ethg；

第二一阶滞后装置35，用于补偿出口测厚仪的采样延时得到当前时刻监控AGC控制量对下一时刻造成的出口厚度影响值E_tpm(n)；

监视AGC调节装置，用于计算监视AGC控制量，包括带钢出口速度调节装置36和传动辊速度调节装置37；带钢出口速度调节装置用于根据计算带钢出口速度调节量ΔV_mon；传动辊速度调节装置用于根据带钢出口速度调节量ΔV_mon计算传动辊线速度调节量ΔV_r，mon。

第一同步传输模型28、第二同步传输模型29、动态平均模块31、第一一阶滞后装置33、第三同步传输模型34、第二一阶滞后装置35分别与高精度带钢轧制监视自动厚度控制方法中的第一同步传输模型、第二同步传输模型、动态平均模块、第一一阶滞后装置、第三同步传输模型、第二一阶滞后装置对应。

以上结合实施例对本发明做了具体的描述，但不作为本发明的限定，一切在本发明权利要求范围内的所有修改和变化，都落在受到本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.高精度带钢轧制监视自动厚度控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：步骤1、按照秒流量方程计算带钢出口厚度

$h_{\mathrm{ex},\mathrm{calc}}=\frac{V_{\mathrm{en}}{\×h}_{\mathrm{en}}}{V_{\mathrm{ex}}},$

式中，h_ex，calc为秒流量方程计算的出口厚度；V_en为带钢入口速度实际值，由入口张力辊上脉冲编码器测量得到；V_ex为带钢出口速度实际值，由出口激光测速仪测量得到；h_en为带钢入口厚度实际值，由入口测厚仪测量得到；

并将h_ex，calc同步传输到出口测厚仪处得到出口测厚仪处的预计算出口厚度h_exc，ethg；

步骤2、根据出口厚度差、机架速度、加速度求取监视AGC自适应补偿因子F_comp，具体包括：

2.1、根据机架出口速度实际值选取速度因子F_V；

2.2、根据出口厚度差选取厚度因子F_h；

2.3、根据是否处于加减速阶段选择加速度因子F_a；

2.4、计算监视AGC自适应补偿因子F_comp＝F_V×F_h×F_a；

步骤3、求取当前时刻监视厚度误差E_mon

E_mon(n)＝(h_ex，thg-h_exc，ethg)×F_comp-E_tpm(n-1)，

式中，h_ex，thg为出口测厚仪测量值；E_tpm(n-1)为上一时刻监视AGC控制量对当前时刻造成的出口厚度影响值；n表示当前时刻，且E_tpm(0)＝0；

然后加以平均、斜坡处理后得到监视段上厚度误差平均值

和平均斜坡值

步骤4、将

通过一阶滞后环节得到秒流量计算厚度修正误差Δh_MFC，并将Δh_MFC从辊缝处同步传输到出口测厚仪处得到出口测厚仪处的厚度修正误差Δh_MFC，ethg；

将Δh_MFC，ethg通过第二个一阶滞后环节后得到当前时刻监控AGC控制量对下一时刻造成的出口厚度影响值E_tpm(n)；

步骤5、计算监视AGC的传动辊速度调节量ΔV_r，mon：

5.1、根据出口厚差平均斜坡值

计算带钢出口速度调节量ΔV_mon：

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{mon}}=-\frac{V_{\mathrm{ex}}\×\stackrel{\‾}{E_{R,\mathrm{mon}}}}{h_{\mathrm{ex},\mathrm{set}}},$

式中，h_ex，set为带钢出口厚度设定值，由过程计算机按照轧制规程制定；

5.2、根据机架的前滑因子、传动辊和工作辊的辊径比计算传动辊线速度的调节量ΔV_r，mon：

$\mathrm{\Δ}{V}_{r,\mathrm{mon}}=\frac{\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{mon}}}{(1+F_{\mathrm{sl}})\×R_d},$

式中，F_sl为机架前滑因子；R_d为传动辊和工作辊的辊径比；

步骤6、将求得的出口测厚仪处的厚度修正误差Δh_MFC，ethg送到秒流量AGC程序，并将传动速度调节量ΔV_r，mon送到变频器调节机架传动电机，以实现自动厚度控制；

所述的步骤1和步骤4所述的同步传输分别通过同步传输模型实现的；

同步传输模型由第一至第三移位寄存器和判断模块组成，传输距离分为若干段，每个段上的参数对应存储在移位寄存器的元素中，分段数是可变的，由传输速度决定，每段的长度为L_S＝V×T_S，式中L_S为每段的长度，V为传输速度，T_S为采样时间；

第一移位寄存器用于存储输入的参数值X，每经过一个采样时间T_S将所有存储的数据依次向后移动一位，然后将当前时刻的输入参数值X存到本寄存器的第一个位置；

第二移位寄存器用于存储分段的长度，每经过一个采样时间T_S将所有存储的数据依次向后移动一位，然后将当前时刻的分段长度存储在本寄存器的第一个位置；

第三移位寄存器用于存储相应的参数值X传输过的距离，即将第二移位寄存器中对应时间之前的所有元素相加得到，每经过一个采样时间将所有存储的距离值依次向后移动一位，然后将当前时刻的分段长度存储在本寄存器的第一个位置，即第二和第三移位寄存器的第一个元素总是相等的；三个移位寄存器一一对应；

判断模块用于每一个采样时间判断一次第三移位寄存器中是否有大于等于传输距离L的元素，若第i个元素值大于等于传输距离而第i-1个元素值小于传输距离，表示第一移位寄存器中的第i个元素已经传输了指定传输距离，则将第一移位寄存器中第i个元素值输出；所述的步骤3使用动态平均模块求取E_mon在监视段上的平均值

动态平均模块由第四至第六移位寄存器和判断处理模块组成，监控段长度分为若干段，分段数由带钢速度决定，每段的长度为L_S＝V×T_S，式中L_S为每段的长度，V为带钢传输速度，T_S为采样时间；

第四移位寄存器存储需动态计算平均值的输入变量的采样值，每经过一个采样时间T_S将寄存器中所有元素依次向后移动一位，然后将当前时刻的输入采样值存入本寄存器的第一个位置；

第五移位寄存器用来存储输入采样值的权值，权值由带钢速度决定的，每个输入采样值的权值为W_x＝V×T_s/L_mon，式中，L_mon为监视段的长度；每经过一个采样时间将寄存器中所有存储的权值依次向后移动一位，然后将当前时刻输入变量的权值存入本寄存器的第一个位置；

第六移位寄存器用来存储输入采样值的权值和，即将第五移位寄存器中对应时间之前的所有权值相加得到，每个采样时刻将所有存储的权值和依次向后移动一位，然后将当前时刻输入变量的权值存储在本寄存器的第一个位置，即第六移位寄存器和第五移位寄存器的第一个元素总是相等的；三个寄存器一一对应；

判断处理模块用于每一个采样时刻判断第六移位寄存器中最先出现大于等于1.0的元素，若第i个元素大于等于1.0而第i-1个元素小于1.0，则将第五移位寄存器的第i个元素减去第六移位寄存器中第i个元素超过1.0的量，以确保第五移位寄存器的前i个元素的和正好是1.0；然后将第四移位寄存器的前i个元素乘以相应的第五移位寄存器的前i个元素值，并求和得到输入变量E_mon在监视段长度上的平均值

所述的步骤3使用斜坡发生器来产生监视出口厚度误差平均斜坡值

斜坡值计算公式为： $Y_{\mathrm{ramp}}\left(n\right)=Y_{\mathrm{ramp}}(n-1)+\frac{T_S}{T_A},$

式中，Y_ramp(n)为当前时刻斜坡发生器输出值，Y_ramp(n-1)为上一时刻斜坡发生器输出值，T_S为采样时间，T_A为斜坡时间，通过调节T_A控制斜坡变化的快慢程度，T_A越大则斜坡变化得越慢，T_A越小则斜坡变化得越快；

将代入斜坡值计算公式得到

2.高精度带钢轧制监视自动厚度控制系统，其特征在于：它包括：

出口厚度预计算装置，用于在带钢入口处按照秒流量方程计算带钢出口厚度：

$h_{\mathrm{ex},\mathrm{calc}}=\frac{V_{\mathrm{en}}{\×h}_{\mathrm{en}}}{V_{\mathrm{ex}}},$

式中，h_ex，calc为秒流量方程计算的出口厚度；V_en为带钢入口速度实际值，由入口张力辊上脉冲编码器测量得到；V_ex为带钢出口速度实际值，由出口激光测速仪测量得到；h_en为带钢入口厚度实际值，由入口测厚仪测量得到；

第一同步传输模型装置，用于将h_ex，calc以带钢入口速度同步传输至轧机辊缝处，得到轧机辊缝处预计算厚度h_exc，gap；

第二同步传输模型装置，用于将辊缝处的预计算厚度h_exc，gap以带钢出口速度同步传输至出口测厚仪处，得到出口测厚仪处的预计算出口厚度h_exc，ethg；

自适应补偿装置，用于根据出口厚度差、机架速度、加速度求取监视AGC自适应补偿因子F_comp；

动态平均模块，用于求取监视厚度误差E_mon在监视段上的平均值

秒流量计算厚度误差修正装置，用于计算秒流量计算的出口厚度误差修正值，包括斜坡发生器和第一一阶滞后装置；斜坡发生器用于计算

的斜坡值

第一一阶滞后装置用于补偿速度调节机构的动作延时得到秒流量计算厚度修正误差Δh_MFC；

第三同步传输模型装置，用于将Δh_MFC从辊缝处同步传输到出口测厚仪处得到出口测厚仪处的厚度修正误差Δh_MFC，ethg；

第二一阶滞后装置，用于补偿出口测厚仪的采样延时得到当前时刻监控AGC控制量对下一时刻造成的出口厚度影响值E_tpm(n)；

监视AGC调节装置，用于计算监视AGC控制量，包括带钢出口速度调节装置和传动辊速度调节装置；带钢出口速度调节装置用于根据

计算带钢出口速度调节量ΔV_mon；传动辊速度调节装置用于根据带钢出口速度调节量ΔV_mon计算传动辊线速度调节量ΔV_r，mon。

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