CN103028618B - 基于板形检测辊挠度变化的板形信号误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于板形检测辊挠度变化的板形信号误差补偿方法，它包括如下步骤：（1）考虑板形检测辊自重对其挠度的影响，虚拟一条正弦波，用以理想离线标定状态下的板形检测辊零点误差补偿。（2）考虑带钢大张力对板形检测辊挠度的影响，利用样条曲线或其他拟合方法拟合采集到的实际原始板形信号零点偏差波形，实测原始波形减去拟合补偿曲线获得补偿后的波形曲线，获得精确的原始板形信号有效正负峰值，该方法实时性好，方便易用。（3）基于截点法的板形信号递推平滑动态标定方法，采集板形检测辊一个旋转周期内的有效最大值和最小值，取两者平均值作为有效值，即得到原始板形信号，利用递推平滑法，对补偿后的板形信号进行平滑处理，减少随机干扰对采集结果的影响，提高板形标定精度和板形检测精度。

Description

基于板形检测辊挠度变化的板形信号误差补偿方法

技术领域

本发明涉及轧钢机械设备自动化测量领域，适用于冷轧带钢、铝带、铜带等板带产品的一种基于接触式板形检测辊挠度变化的板形信号误差补偿方法。

背景技术

冷轧带钢在板形检测过程中，检测辊受大温差、高磁场和强振动等现场恶劣工况因素的影响，导致原始板形信号中夹杂着众多噪声信号，经常发生原始板形信号波动的情况，尤其对于大宽厚比超薄带钢，其板形变化明显，工艺参数的轻微变化都可能引起板形的较大变化。因此探索原始板形信号附加噪声的产生机理，建立相应的噪声补偿数学模型，对于提高板形检测辊的动态标定精度和板形检测精度以及板形控制精度极为重要。

在影响板形检测信号的众多因素中，检测辊挠度变化是必须考虑的主要影响因素之一。在轧制过程中，板形检测辊受到带钢施加的径向压力的作用，内部检测单元的电压发生变化，利用转换关系可将其转化为带钢的板形值，即通过实时检测板形检测辊径向压力的横向分布，获得带钢的在线板形状况。板形检测辊在工作过程中，主要受三种力的影响，即带钢施加的径向压力、检测辊自身重力和离心力，如图1和图2所示。其中径向压力和检测辊重力导致检测辊产生一定挠度的弹性变形，如图3所示，不可避免地影响检测单元的径向预紧力，产生多余的零点偏差信号，如图4所示。检测辊在高速转动过程中产生的离心力，虽然会影响检测单元的径向预紧力，但是传感器对称布置构成差动回路，因此当两者受力相同时，影响彼此抵消，故离心力对原始板形检测信号的影响微乎其微，在满足动平衡的条件下，几乎可以忽略。而检测辊自重及其所受径向压力则会引起板形检测辊的挠度变化，差动回路无法消除检测辊挠度对板形信号的影响，从而引起多余的板形误差信号，影响板形标定精度和板形检测精度。

发明内容

基于理论分析，结合工程实际，本发明考虑板形检测辊自重和带钢张力的影响，提出了针对板形检测辊挠度变化的原始波形零点误差截点补偿法。经实际工业验证，该方法很好地对板形检测辊的连续动态挠度变化引起的原始板形误差进行了有效补偿，显著提高了板形标定精度和板形检测精度，使在线板形数据更真实地反映带钢的实际板形状况。

针对接触式板形检测辊，需要建立基于板形检测辊挠度变化的板形误差补偿方法的理由如下：

（1）板形检测辊在标定过程中，当其旋转时，即便不负载，受板形检测辊自重的影响，板形检测辊有轻微的挠曲变形，导致检测辊内部检测单元（传感器组成的差动回路）的预应力或电压值随之发生动态变化，各通道的原始波形曲线表现为不可消除且不同程度的近似正弦波零点偏差，尽管与实际板形信号（径向压力）相比，其幅值很小，但在某种程度上影响板形检测辊的标定精度，产生轻微的近似正弦波零点误差，如图5所示。板形检测辊在旋转过程中，当传感器位于最高点或最低点时，因挠度产生的附加预紧力G_i最大，在其他位置，有效预紧力G_i1＝G_isinβ。因挠度和离心力产生的综合预紧力变化导致的噪声信号因此，需要结合理想标定要求，综合考虑板形检测辊自重对板形零点信号的影响，目的是提高板形检测辊的标定精度。

（2）板形检测辊在检测过程中，当其负载时，受带钢连续大张力的动态作用，板形检测辊的挠度明显增加，导致原始板形信号的零点偏差也随之显著增加。当实际板形普遍较小时或出现严重浪形时，浪形位置的部分检测通道的径向压力会较小，此时零点误差信号可能会掩盖真实的有效板形信号。因此，需要结合工程实际，综合考虑板形检测辊的在线挠度变化，结合实测原始板形信号的波形规律，对原始板形信号的零点进行合理补偿，目的是提高板形检测辊的在线板形检测精度。

综合以上分析，有必要建立针对检测辊挠度变化的板形信号零点误差动态补偿模型，深入分析板形检测辊自身重力及其所受张力对原始板形检测信号零点偏差的影响，达到提高板形检测辊的标定精度和在线板形检测精度的目的。

本发明克服现有板形检测技术中的不足，提供一种快捷简便的基于板形检测辊挠度变化的板形误差补偿方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种基于板形检测辊挠度变化的板形信号误差补偿方法，其内容包括如下步骤：

一、针对板形检测辊自重的虚拟正弦曲线补偿法

基于前面分析可知，检测辊自重对动态标定精度产生一定的影响，因此为了提高标定精度，应尽量消除此类影响。观察波形曲线，原始板形信号的零点波形存在一定的规律，接近正弦波，因此考虑虚拟一条正弦波用以零点补偿，如图5所示。设实时采集的原始波形曲线为A(t)，设定补偿正弦曲线A_f(t)为其中为原始波形的基本相位，A_fmax为补偿正弦波的最大幅值，其与检测辊自重和传感器预压力等因素直接相关。利用补偿后的有效波形曲线为A′(t)＝A(t)-A_f(t)，便可以实现板形检测辊稳态下的波形零点误差补偿。但该方法在在加减速或大张力等动态情况下，有一定的滞后性，补偿量不能及时作用，易产生多余板形偏差，影响板形检测精度，因此该方法一般仅用于检测辊的离线标定过程。

二、针对工业现场大张力条件下的在线拟合原始波形曲线补偿法

基于工程实际，在板形检测过程中，已知零点偏差的在线实际值，利用样条曲线或其他拟合方法，拟合原始板形信号的实时零点波形，将每个周期内的正负峰值分别减去两个零点补偿值（图中T’和T”位置），如图7所示，则可以近似补偿检测辊的挠度变化，实时性很好，简单实用，即

A′_max＝A_max-A(T′)＝A_max-A₀₊，A′_min＝A_min-A(T″)＝A_min-A_0-

求解图7中的A₀₊A_0-值，利用上式，即可求得准确的有效正负峰值。

三、板形信号递推平滑标定方法

一般情况下，检测辊旋转一周作为一个周期，采集补偿后的原始波形在一个周期内的最大值和最小值，取两者平均值作为有效值，即得到原始板形信号在实际应用过程中，为了提高检测信号的稳定性，通常对采集的原始板形信号进行递推平滑处理，减少随机干扰对采集结果的影响，尤其是标定时，为了提高标定精度，一般需要至少采集10个有效点，取其平均值作为标定有效数据。利用标定系统对检测辊采集到的标定数据进行拟合，即可将其转换为张应力值或延伸率等板形指标。

由于采用上述技术方案，本发明提供的一种基于板形检测辊挠度变化的板形信号误差补偿方法，与现有板形检测技术相比，其有益效果是：

该发明综合考虑板形检测辊因自重或张力造成的挠度变化对原始板形信号零点偏差的影响。对于检测辊自重造成的原始板形信号零点偏差，对其进行理想的虚拟正弦曲线截点法补偿；对于动态大张力造成的动态零点偏差，利用样条曲线或其他拟合方法，拟合原始波形的零点偏差，将实际检测曲线减去零点偏差拟合曲线，最大限度地减少因检测辊挠度变化造成的径向压力偏差。为了提高其工业实用性，采用递推平滑法，取10个以上点的平均值作为标定有效值，取2~4点的平均值作为在线检测有效值，最大限度提高板形检测过程的稳定性，使补偿后的板形检测信号能够准确反映在线带钢的真实板形状况，为板形闭环控制提供精确的在线板形数据。

附图说明

图1是板形检测辊受力示意图；

图2是板形检测辊受力状况分析；

图3是板形检测辊受力后的位置变化；

图4是板形检测辊原始板形信号下的零点波形规律；

图5是板形检测辊挠度变化示意图；

图6是板形检测辊波形误差信号示意图；

图7是板形检测辊波形正弦补偿示意图；

图8是板形检测辊补偿前后的标定数据零点对比；

图9是板形检测辊补偿前后的径向压力零点偏差对比；

图10是板形检测辊补偿前后的实测波形图；

图11是板形检测辊补偿前后的AD零点图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

某板形仪有19路板形检测通道，受传感器制作工艺、差动回路、安装方法、放大滤波等因素的影响，每路板形检测通道的零点AD值或零点径向压力值略有不同，因此需要对每路板形检测通道分别进行零点偏差补偿。采用本发明截点法补偿前后的标定数据对比如图8所示，补偿前后的径向压力零点偏差对比如图9所示，从两种对比图中可以看出，采用合理补偿后，板形检测辊的零点控制极好，从补偿前的400~1000控制到补偿后的50以内，相应的径向压力零点值偏差从100~150N控制到补偿后的10N以内。图10示出了检测辊工作时原始板形信号补偿前后的实测波形图，其中上图为未补偿的波形图，下图为补偿后的波形图。图11示出了各通道补偿前后的AD零点图，从实际效果验证了零点补偿的明显效果和必要性，对于提高板形检测精度和板形闭环控制精度具有重要的意义。

Claims (1)

1.一种基于板形检测辊挠度变化的板形信号误差补偿方法，其特征在于：它包括如下步骤：

一、针对板形检测辊自重的虚拟正弦曲线补偿法

检测辊自重对动态标定精度产生影响，观察波形曲线，原始板形信号的零点波形存在一定的规律，接近正弦波，因此考虑虚拟一条正弦波用以零点补偿；设实时采集的原始波形曲线为A(t)，设定补偿正弦曲线A_f(t)为 为原始波形的基本相位，A_fmax为补偿正弦波的最大幅值，其与检测辊自重和传感器预压力因素直接相关；利用补偿后的有效波形曲线为A′(t)＝A(t)-A_f(t)，便能够实现板形检测辊稳态下的波形零点误差补偿；

二、针对工业现场大张力条件下的在线拟合原始波形曲线补偿法

基于工程实际，在板形检测过程中，已知零点偏差的在线实际值，利用样条曲线或其他拟合方法，拟合原始板形信号的实时零点波形，将每个周期内的正负峰值A_max和A_min分别减去两个零点补偿值A(T′)和A(T″)，则能够近似补偿检测辊的挠度变化，从而获得补偿后的有效正负峰值A′_max和A″_min；

三、板形信号递推平滑标定方法

一般情况下，检测辊旋转一周作为一个周期，采集补偿后的原始波形在一个周期内的最大值和最小值，取两者平均值作为有效值，即得到原始板形信号在实际应用过程中，为了提高检测信号的稳定性，通常对采集的原始板形信号进行递推平滑处理，减少随机干扰对采集结果的影响，并且在标定时，为了提高标定精度，一般需要至少采集10个有效点，取其平均值作为标定有效数据；利用标定系统对检测辊采集到的标定数据进行拟合，即能够将其转换为张应力值或延伸率的板形指标。