CN102553923B - 平整机延伸率自适应补偿控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种平整机延伸率自适应补偿控制方法，具体是：采集平整机组加减速过程中实际轧制力值和张力值，计算出带钢延伸率补偿系数K，再利用带钢延伸率补偿系数K计算出附加轧制力和附加张力，然后将所得附加值投入到平整机延伸率控制环节中，实现平整机延伸率自适应补偿的控制。本发明解决了目前平整机组在加减速阶段延伸率控制波动问题，从而能够消除加减速对延伸率控制扰动的影响，同时提高了延伸率控制精度。

Description

平整机延伸率自适应补偿控制方法

技术领域

本发明涉及带钢平整机领域，特别是涉及一种平整机延伸率自适应补偿控制方法。

背景技术

在带钢平整机组中，稳定的延伸率控制非常重要，为保证平整低速阶段的稳定运行，稳定地控制带钢延伸率是必要的。目前平整机组控制系统直接将延伸率偏差信号转化为轧制力或S辊速度偏差信号，对延伸率进行反馈控制，并未对加减速阶段做出合理的补偿控制，延伸率控制稳定性较差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种平整机延伸率自适应补偿控制方法，以克服上述现有技术存在的问题。

本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：

本发明提供的平整机延伸率自适应补偿控制方法，具体是：采集平整机组加减速过程中实际轧制力值和张力值，计算出带钢延伸率补偿系数K，再利用带钢延伸率补偿系数K计算出附加轧制力和附加张力，然后将所得附加值投入到平整机延伸率控制环节中；所述带钢延伸率补偿系数K由下述公式计算得出：

K₀＝0.0

$K_i=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{i-1}+\frac{T_A}{T_N}*({\mathrm{FR}}_{\mathrm{acti}-1}-{K_{i-1}}^{*}{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{acti}-1})& v_{\mathrm{act}}<v^{*}\\ k& v_{\mathrm{act}}\&GreaterEqual;v^{*}\end{array}\right.$

式中：FR_acti-1为上一采样周期实测轧制力；ε_acti-1为上一采样周期实际延伸率；K_i为本采样周期补偿系数；K_i-1为上一采样周期的自适应补偿系数；v_act为机组实际运行速度；v^*为控制策略转变的机组运行临界速度；T_A为采样时间；T_N为积分时间；

K_i随着时间的变化，它反映了延伸率控制系统参量的变化，当机组实际运行速度v_act大于临界值v^*时，K_i为一个常量k。

本发明采用张力控制模式时，可以用下述公式计算并得出入出口附加张力设定值

及过程如下：

Δε_i＝ε_act i-ε_act i-1

$\mathrm{\&Delta;}{T}_N^{*}=T_N^{*}+K{p_N}^{*}\&Integral;\frac{{K_i}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{{\mathrm{\&epsiv;}}^{*}}\mathrm{dt}$

$\mathrm{\&Delta;}{T}_X^{*}=T_X^{*}+K{p_X}^{*}\&Integral;\frac{{K_i}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{{\mathrm{\&epsiv;}}^{*}}\mathrm{dt}$

式中：Kp_N和Kp_X分别为轧机入口及出口PI调节器的比例环节系数，

和

为平整机入出口张力设定值，ε^*为延伸率设定值，ε_acti-1为上一采样周期实际延伸率；ε_acti为本采样周期实际延伸率；Δε_i为本采样周期延伸率设定值与实际值偏差；t为时间变量。

在采用轧制力控制模式时，可以用下述公式计算得出附加轧制力定值ΔFR^*，过程如下：

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{FR}}_i^{*}={{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{FR}}}^{*}{K_i}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_i$

式中：

附加为轧制力设定值；Kp_FR为轧制力斜坡调节系数；K_i为延伸率自适应补偿系数；Δε_i为延伸率设定值与实际值偏差。

将上述计算所得张力和轧制力附加值按照下式投入到延伸率控制环节中，对压下装置及前后S辊进行速度闭环控制，过程如下：

$F_R^{*}=\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{FR}}_i^{*}+{{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{FR}1}}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{FR}}_{i-1}^{*}$

$T\_N^{*}=\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Ni}}^{*}+{{\mathrm{Kp}}_{N1}}^{*}\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Ni}-1}^{*}$

$T\_X^{*}=\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Xi}}^{*}+{{\mathrm{Kp}}_{X1}}^{*}\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Xi}-1}^{*}$

式中：为轧制力实际设定值，ΔFR^*为附加轧制力设定值；Kp_FR1为比例系数；T_N^*为入口段张力实际设定值；KP_N1为比例系数，为入口段张力附加值；T_X^*为出口段张力实际设定值，Kp_X1为比例系数，

为出口段张力附加值。

本发明与现有技术相比具有以下的主要有益效果：

其一.解决了目前平整机组在加减速阶段延伸率控制波动问题。

通过在延伸率控制中增加自适应补偿环节，对张力和轧制力设定值进行附加补偿控制，从而能够消除加减速对延伸率控制扰动的影响。

其二.提高了延伸率控制精度。

经检测，若本方法投入使用，延伸率控制精度可达±0.1％。

附图说明

图1是单机架平整机延伸率自适应补偿控制原理图。

图2是单机架平整机延伸率自适应补偿控制投入前的带钢延伸率实际值及机组入口速度实测曲线。

图3是单机架平整机延伸率自适应补偿控制投入后的带钢延伸率实际值及机组入口速度实测曲线。

图中：1.开卷机；2.入口侧S辊；3.入口侧S辊旋转编码器；4.入口侧激光测速仪；5.入口侧测张仪；6.平整机；7.平整机旋转编码器；8.出口侧测张仪；9.出口侧激光测速仪；10.出口侧S辊旋转编码器；11.出口侧S辊；12.带钢；13.卷取机。

具体实施方式

本发明提供的平整机延伸率自适应补偿控制方法，具体是：采集平整机组加减速过程中实际轧制力值和张力值，计算出带钢延伸率补偿系数K，利用K计算出附加轧制力和附加张力，再将所得附加值投入到平整机延伸率控制环节中。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明。

实施例1：平整机延伸率自适应补偿控制方法

具体是采用包括以下步骤的方法：

1.平整延伸率的定义：

平整延伸率的基本含义与常规轧制不同，平整实质上是一种小变形量的轧制，是冷轧工艺上具有极为重要意义的一道生产工序。延伸率是平整中最基本的工艺参数之一，平整道次压下量很小，用测厚仪几乎测不出平整机出口侧与人口侧的带钢厚度偏差，因此，就用测量带钢延伸率的方法作为测量其厚度变化的等效值。

延伸率定义为平整前的带钢厚度与平整后的带钢厚度之差与平整前的带钢厚度之比，即：

ε＝(H₀-H₁)/H₀(1)

其中：ε为延伸率；H₀为平整前的带钢厚度；H₁为平整后的带钢厚度。

上述公式(1)也可以表述为：

长度计算方式，即：ε＝(L₁-L₀)/L₀，(2)

其中：L₀为平整前的带钢长度；L₁为平整后的带钢长度。

速度计算方式，即：ε＝(V₁-V₀)/V₀，(3)

其中：V₀为平整机组入口带钢速度；V₁为平整机组出口带钢速度。

2.延伸率测量：

延伸率测量装置采用激光测速仪，也可以采用编码器进行测量，采用激光测速仪得到的延伸率实际值进行控制，其控制精度明显好于编码器。这主要由于一方面激光测速仪和编码器测量机理不一样，另一方面也是由于编码器测量精度(尤其装在被动辊上的编码器)很大程度上受制于安装精度。

3.延伸率控制：

改变带钢的延伸率，可采用控制张力及控制轧制力两种基本方式。

控制张力方式：适用于1mm以下的薄带钢延伸率的控制，在单机架平整机上，用张力调节带钢延伸率，一般用于厚度在0.4-1.0mm之间的带钢。这是因为从张力改变带钢的效果来看，带钢越薄，用张力调节延伸率的效果越好；带钢越厚，用张力调节的效果越差。对于厚度超过1mm的带钢来讲，张力调节方式基本不起作用。但当带钢较薄时，也不是一味的增加张力，否则会造成断带。

控制轧制力方式：适用于较厚带钢延伸率的控制，带钢越厚，轧制压力调节延伸率的效果越好；带钢越薄，轧制压力调节延伸率的效果越差。

延伸率控制采用闭环控制，其方法是：先利用测速仪获取带钢速度，根据公式(3)计算带钢实际延伸率，然后把实际延伸率与设定延伸率进行比较，利用比较后的差值信号分别调节轧制力及张力的大小。

4.延伸率自适应补偿控制：

平整过程中，保持延伸率的恒定，是延伸率控制的基本思想。在现场实际情况下，加减速特别是机组速度小于30m/min时，激光测速仪检测精度发生波动，因此延伸率控制精度会发生波动现象，有必要改进现有控制策略以提高全轧程延伸率控制精度，采用了自适应控制方法。

延伸率自适应补偿控制方法是：在每一个测量周期中，都可以获得实际轧制力FR_act和实际延伸率ε_act，通过上一周期轧制力FR_acti-1、延伸率ε_acti-1及K_i-1，以及扫描时间T_A和积分时间T_N，利用公式(4)，求得一个补偿系数K_i，K_i随着时间的变化，它反映了延伸率控制系统参量的变化。当机组实际运行速度v_act大于临界值v^*时，K_i为一个常量k，标志低速阶段延伸率控制策略转变为高速阶段控制策略。

K₀＝0.0

$K_i=\left\{\begin{array}{cc}{K}_{i-1}+\frac{T_A}{T_N}*({\mathrm{FR}}_{\mathrm{acti}-1}-K_{i-1}*{\mathrm{\&epsiv;}}_{\mathrm{acti}-1})& v_{\mathrm{act}}<v^{*}\\ k& v_{\mathrm{act}}\&GreaterEqual;v^{*}\end{array}\right.---\left(4\right)$

采用张力控制模式时，可以计算得出入出口附加张力设定值

及

过程如下：

Δε_i＝ε_acti-ε_acti-1    (5)

$\mathrm{\&Delta;}{T}_N^{*}=T_N^{*}+K{p_N}^{*}\&Integral;\frac{{K_i}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{{\mathrm{\&epsiv;}}^{*}}\mathrm{dt}---\left(6\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{T}_X^{*}=T_X^{*}+K{p_X}^{*}\&Integral;\frac{{K_i}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{{\mathrm{\&epsiv;}}^{*}}\mathrm{dt}---\left(7\right)$

式中：Kp_N和Kp_X分别为轧机入口及出口PI调节器的比例环节系数，和

为平整机入出口张力设定值，ε^*为延伸率设定值。

采用轧制力控制模式时，可以计算得出附加轧制力定值ΔFR^*，过程如下：

$\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{FR}}_i^{*}={{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{FR}}}^{*}{K_i}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&epsiv;}}_i---\left(8\right)$

式中：Kp_FR为轧制力斜坡调节系数。

将上述所得附加轧制力及张力带入轧制力和入出口张力设定计算式，即可得出轧制力实际设定值

入口段张力实际设定值T_N^*，出口段张力实际设定值T_X^*，过程如下：

$F_R^{*}=\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{FR}}_i^{*}+{{\mathrm{Kp}}_{\mathrm{FR}1}}^{*}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{FR}}_{i-1}^{*}---\left(9\right)$

$T\_N^{*}=\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Ni}}^{*}+{{\mathrm{Kp}}_{N1}}^{*}\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Ni}-1}^{*}---\left(10\right)$

$T\_X^{*}=\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Xi}}^{*}+{{\mathrm{Kp}}_{X1}}^{*}\mathrm{\&Delta;}{T}_{\mathrm{Xi}-1}^{*}---\left(11\right)$

式中：ΔFR^*为附加轧制力设定值，Kp_FR1为比例系数；Kp_N1为比例系数，

为入口段张力附加值；Kp_X1为比例系数，为出口段张力附加值。

经过上述步骤，可以实现对平整机延伸率自适应补偿的控制。

实施例2：平整机延伸率自适应补偿控制方法的应用

在平整机组加减速低速运行时，不论是设备安装精度还是激光测速仪的响应特性都会造成延伸率控制精度发生波动，如图2所示，我们按照实施例1所述方法增加延伸率自适应补偿控制环节，具体步骤如下：

(1)平整机延伸率自适应补偿程序接收轧制力设定值FR^*，平整机前后张力设定值和

延伸率设定值ε^*；

(2)通过平整机压头实测轧制力FR_act、张力计实测T_Nact和T_Xact、旋转编码器和激光测速仪实测带钢入出口速度V₀和V₁得到实际延伸率ε_act；

(3)通过公式(4)计算出自适应补偿系数K；

(4)经过公式(6)～(8)张力及轧制力补偿环节得出附加张力

及轧制力设定值ΔFR^*；

(5)经过公式(9)～(11)出张力设定值T_N^*、T_X^*及轧制力设定值

将张力及轧制力设定值投入到延伸率控制环节中，对压下装置及前后S辊进行速度闭环控制。

本发明提供的平整机组延伸率自适应补偿控制方法，按照图1所示的流程在国内某60万t/a的平整机组投入实验，实验过程如下：

首先执行步骤(1)：程序接收设定值；

执行步骤(2)：开卷机1上卷后开始穿带运行，带钢12经过入口侧S辊2，进入平整机6，穿过出口侧S辊11，卷取机13卷取带头，建立起开卷张力、入口段张力、出口段张力、卷取张力，然后利用入口侧S辊旋转编码器3、出口侧S辊旋转编码器10和入口侧激光测速仪4、出口侧激光测速仪9分别对入口侧、出口侧的带钢12的速度进行计数测量，入口侧测张仪5、出口侧测张仪8分别测量入口侧、出口侧的实际张力值，轧机即平整机6上的压头测量实际轧制力，平整机旋转编码器7监视轧机运行速度；

执行步骤(3)：计算出自适应补偿系数K；

执行步骤(4)：计算相应的附加轧制力及张力；

执行步骤(5)：计算轧制力和张力的实际设定值；

执行步骤(6)：实际设定值送至液压伺服系统和电机控制系统；

经过上述步骤后，实现了平整机所需要的延伸率控制。

由图3所示的带钢实际延伸率和机组速度数据曲线可以看出：采用本发明自适应补偿方法后，单机架平整机的延伸率控制精度有了大幅度的提高，其控制精度可以达到±0.1％。

Claims (2)

1.一种平整机延伸率自适应补偿控制方法，其特征是采集平整机组加减速过程中实际轧制力值和张力值，计算出带钢延伸率补偿系数K，再利用带钢延伸率补偿系数K计算出附加轧制力和附加张力，然后将所得附加值投入到平整机延伸率控制环节中，实现平整机延伸率自适应补偿的控制；所述带钢延伸率补偿系数K由下述公式计算得出： 

K₀＝0.0 

式中：FR_acti-1为上一采样周期实测轧制力；ε_acti-1为上一采样周期实际延伸率；K_i为本采样周期补偿系数；K_i-1为上一采样周期的自适应补偿系数；v_act为机组实际运行速度；v^*为控制策略转变的机组运行临界速度；T_A为采样时间；T_N为积分时间， 

K_i随着时间的变化，它反映了延伸率控制系统参量的变化，当机组实际运行速度v_act大于临界值v^*时，K_i为一个常量k； 

该方法采用张力控制模式时，用下述公式计算并得出入出口附加张力设定值及 

过程如下： 

Δε_i＝ε_acti-ε_acti-1             （2） 

式中：Kp_N和Kp_X分别为轧机入口及出口PI调节器的比例环节系数，

和

为平整机入出口张力设定值，ε*为延伸率设定值，ε_acti-1为上一采样周期实际延伸率；ε_acti为本采样周期实际延伸率；Δε_i为本采样周期延伸率设定值与实际值偏差；t为时间变量； 

该方法采用轧制力控制模式时，用下述公式计算得出附加轧制力定值ΔFR^*，过程如下： 

ΔFR_i ^*＝Kp_FR*K_i*Δε_i       （5） 

式中：ΔFR_i ^*附加为轧制力设定值；Kp_FR为轧制力斜坡调节系数；K_i为延伸率自适应补偿系数；Δε_i为延伸率设定值与实际值偏差； 

将上述计算所得张力和轧制力附加值按照下式投入到延伸率控制环节中，对压下装置及前后S辊进行速度闭环控制，过程如下： 

式中：

为轧制力实际设定值，ΔFR^*为附加轧制力设定值；Kp_FR1为比例系数；T_N^*为入口段张力实际设定值；Kp_N1为比例系数，

为入口段张力附加值；T_X^*为出口段张力实际设定值，Kp_X1为比例系数，

为出口段张力附加值。 

2.根据权利要求1所述平整机延伸率自适应补偿控制方法，其特征是在平整机组加减速低速运行时，不论是设备安装精度还是激光测速仪的响应特性都会造成延伸率控制精度发生波动，应增加延伸率自适应补偿控制环节，具体步骤如下： 

（1）平整机延伸率自适应补偿程序接收轧制力设定值FR^*，平整机前后张力设定值

和

延伸率设定值ε^*； 

（2）通过平整机压头实测轧制力FR_act、张力计实测T_Nact和T_Xact、旋转编码器和激光测速仪实测带钢入出口速度V₀和V₁得到实际延伸率ε_act； 

（3）通过公式（1）计算出自适应补偿系数K； 

（4）经过公式（3）～（5）张力及轧制力补偿环节得出附加张力

及轧制力设定值ΔFR^*； 

（5）经过公式（6）～（8）得出张力设定值T_N^*、T_X^*及轧制力设定值

将张力及轧制力设定值投入到延伸率控制环节中，对压下装置及前后S辊进行速度闭环控制。 

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