CN1030693C - 轧制板形材料的形状控制方法 - Google Patents

Abstract

用于控制轧机轧制的板材形状的形状控制方法。根据检测到的形状信号。从近似公式中得出反对称基本分量(一次分量)。把对该基本分量的控制分配给压下调平功能元件，而对更高次反对称分量的控制由压下调平功能元件之外的装置进行。在轧制中，反对称基本分量引起板板的弯曲。通过控制同其他分量离开的基本分量，就能改善轧制产品的形状并避免产品在轧制过程中出现弯曲。

Description

本发明涉及用于轧制的板形材料的形状控制方法。

轧制的板形材料的形状控制需要用形状检测器对轧制的板形材料的形状进行检测，并对检测出的形状图形进行识别。轧制的板形的形状可用象斜度、延伸度应力或板厚这样的指标的分布来表示。形状控制是通过运用未级控制元以使检测的形状与期望形状相符合而实现的。

为了使轧制板形材料达到期望的形状，用形状检测器检测实际形状，并识别检测出的形状图形。我们已试用四次幂级数来表示形状图形。然而，实际上图形沿着轧制的板材的宽度方向并不总是平滑或缓慢地变化，图形在靠近板形材料横向边缘的区域常常发生急剧的变化。因此，用更高次，例如六次的幂级数作为表示形状图形的工具是合适的。

如前所说，形状控制的实现，是通过适当运用多个未级控制元，以使检测到的形状图形与期望形状图形相一致。然而，这面临着下列问题。

第一，由于未级控制元之间的干扰，需要相当的时间来确定控制变量。换句话说，达到期望形状的形状控制是非常困难的。

第二，必须指出的是，一种未经控制元的控制变量，向其它未级控制元的控制变量的分布转换是非常困难的。这种转换当这个未级控制元达到其控制变量时是必须要进行的，因而，形状的进一步改善是无法达到的。

因此，采用传统的形状控制法，形状控制的效果有实际限制，这就要求发展改进的形状控制方法。

美国专利第4,320,643(1982年5月23日)公布了一种非对称形状修正技术。然而，该文件并未说明信号从形状检测器传送到未级控制元的方法，并未能就避免不同未级控制元之间的干扰提建议。

一篇题为“形状分析和工序所置问题讨论及形状控制”(“Anolysis of shape and discussion ofproblems of schecluling setnp and shape control”)的文章(by P.D.Spooner，G.F.Bryant，Publ.Met.Soc1976)提到了由形状检测器发出的信号构成形状参量，和压下位置的不同对轧制板形材料的形状的影响，但却根本没有说明从形状检测器发出的各个信号控制那一个控制单元。

因此，本发明的首要目的是要提供一种用于控制轧制产品的非对称形状的形状控制方法，以达到轧制产品的期望形状。

本发明的另一目的中要提供一种能通过避免未级控制端之间的相互干扰而确保形状控制的高精度的形状控制方法。

为达到这些目的，根据本发明的一个文献，提供了一种形状控制方法，它包括：根据来自形状检测器的信号，用高次公式来近轧制板形材料的形状图形；从所述方式的非对称分量中分离出非对称基本分量(一次分量)；通过用压下调平对基本分量进行控制，而用其它控制元对更高级分量进行控制，来实现形状控制。

根据本发明的一个特点，除基本分量以外的非对称形状图形高次分量被提供给包括工作辊弯曲装置或中介辊弯曲装置成包括这二者的多个未级控制元。

图1显示了根据本发明的形状控制系统的总体设置；

图2是板形的斜度说明图；

图3显示形状检测器检测的板形形状的例子；

图4用于说明近似板形图形的高次曲线，和形状图形的非对称基本分量；

图5用于说明分离出基本分量之后的形状图形和形状参量；

图6用于说明非对称分量的形状参数；

图7是用形状检测器发出的信号来识别形状的程度流程图；

图8A百压下调平控制的说明图；

图8B说明工作辊弯曲机和中介辊曲机的弯曲压力差控制；

图9A到D显示按照未级控制元运转的形状改变模拟结果。

在描述本发明的最佳实施方案之前，下面先就理解本发明所必须的内容进行解释。

图1举例地显示也用示六级轧制的形状控制系统。由1所总结表示的；轧机所轧制的钢板2经过偏转辊3被张力卷筒4卷起。钢板的形状由形状检测器5检测，形状识别装置10检测形状参数。控制修正量计算装置12由形状识别装置10所实际检测的形状参数相对指令形状发生器11发出的指令参数的偏差，来计算控制修正量。计算出的控制修正量被送到工作辊弯曲装置15，中介辊弯曲装置16，中介辊移动装置14和压下装置13。

板的形状由形状检测器5检测。在此情况下，测量在横向的应力分布并将其转换成厚度偏差Δh(厚度相对横向中心处厚度的偏差)，以便按照厚度偏差Δh来对板的形状进行识别。如同后面所要描述的，从诸如消除不均匀性(例如，中央皱纹和边缘波纹)观点看，板的形状是为评价板的不平度而采用的概念。因此，形状是从多种指标沿板横向的分布来表示的，这些指标如斜度、延伸度、应力和板厚度等。

下面将结合图2说明斜度概念的定义。斜度可用板放到平台上时该板的波动度来定义。更具体的说，斜度可定义为波动的幅度和周斯的比值g。图3显示出由应力分布确定的斜度，该应力分布则是通过用形状检测器5在板的横向方向之间隔分布的11个点处进行测量而得到。在此情况下，在板上形成了边缘波浪形。

用y表示斜度。而用X表示横向距离，则形状图案可由下列的六次方式(1)所似

y＝λ₁X＋λ₂X²＋λ₃X³＋λ₄X⁴＋λ₅X⁵＋λ₆X⁶(1)

其中λ₁至λ₆中形状参数。

该公式表明形状被分成两组：即对称分量参数(λ₂、λ₄、λ₆)和非对称分量参数(λ₁、λ₃、λ₅)。还假设对称和非对称分量对于不同的形状图形可用三个未级控制元进行控制。

非对称分量参数同未级控制元之间的关系通过DDC而得到线性化，并由下列公式表示：

Δλ₁  a₁₁ a₁₂ a₁₃ΔDM

Δλ₃  a₂₁ a₂₂ a₂₃ΔDM₂

Δλ₅  a₃₁ a₃₂ a₃₃ΔDM₃

在上述公式(2)，符号a₁₁、a₁₂和a₁₃代表控制增益，即当仅非对称未级控制元DM₁运转一个小量△DM₁时所引起的形状参数λ₁、λ₃、λ₅的改变△λ₁、△λ₂、△λ₃符号a₂₁、a₂₂和a₂₃代表控制增益，即当仅反对称未级控制元DM₂运转一个小量△DM₂时所引起的形状参数λ₁、λ₂、λ₅的改变△λ₁、△λ₃、△λ₅类似地，符号a₃₁、a₃₂和a₃₃代表控制增益，即当仅非对称未级控制元DM₃运转一个小量△DM₃时所引起的形状参数λ₁、λ₃、λ₅的改变△λ₁、△λ₃、△λ₅，这些增益的数值可通过实验或借助轧机特性的数字模型所进行的计算来确定。

因此，只要给出实际形状相对指令形状的偏差△λ₁、△λ₃、△λ₅就可由公式(2)确定控制修正量△DM₁、△DM₂、ADM₃。

如从为举例而列出的公式(2)可以明白的，如果要把不规则的形状识别到很高次级控制增益(未级元通过它的与开关参数联系)数目的增加会使控制变得困难。另外，当一个未级控制元充分的运用了它的能力时，即使其它未级控制元仍然有效，但由于存在其他未级控制元的互相干扰的危险，因而按照公式(2)的控制系统不能进行控制。而由线性函数近似的任何非对称形状不规则性不仅会导致低劣的板材形状，而且会使板材发生卷绕，以致在轧机运转中引起多种故障。

图4显示了形状y与非对称基本分量(用线性函数近似的)yB之问关系的概念．非对称基本分量D_L可由以最小2乘方法对形状进行近似的线性函数的一次项系数来定义，并给出如下；

yB=λB₁X(+λB₀)    (3)

D_L=λB₁    (4)

在这些公式中，X代表沿板的横向所取的坐标值．X坐标轴的原点O与板的横向中心相重后，两个横向边缘分别用X=+1和x=-1表示。纵坐标轴以板的厚度偏差为单位表示斜度。

图5说明轧制出的板材的形状y与参数D_eD_q之间关系的概念，D_e、D_q是非对称的高次分量，是通过从轧制板材形状y减掉非对称基本分量yB而得到的．如图从图5可以明白的，参数D_e被定义为代表从-X_e至X_e的斜率的变量，而参数D_q被定义为代表从-X_q至X_q的斜率的变量，并分别由下列公式(5)和(6)给出： $\mathrm{De}=\frac{(y\left(\mathrm{Xe}\right)-y_B\left(\mathrm{Xe}\right))-(y(-\mathrm{Xe})-Y_B(-\mathrm{Xe}))}{\mathrm{Xe}-(-\mathrm{Xe})}$ $\mathrm{Dq}=\frac{(y\left(\mathrm{Xq}\right)-y_B\left(\mathrm{Xq}\right))-(y(-\mathrm{Xq})-Y_B(-\mathrm{Xq}))}{\mathrm{Xq}-(-\mathrm{Xq})}$

符号±X_e和±X_q代表预定的点。

形状参数D_L、D_e、D_q可用下列公式从六级函数近似的系数计算出来：

D_L=SB₁=α₁λ₁+α₂λ+α₃λ₅……(7)

α₁=1,α₂=3/5,α₃=3/7

这确定了λB₁的值，使 $J=\{\underset{-1}{1}{(y-y{B}_1)}^2\mathrm{dx}$ 的值在y=λ₁X+λ₃X³+λ₅X⁵)和=λB₁X的条件下达到极小。

在αJ/αλB₁=0的条件下，下列条件得到满足方程(7)中口α₁、α₂、α₃的值得到确定：

(D_L)=λB₁=λ₁+3/5λ₃+3/7λ₅

这样，下列条件成立： $\left[\begin{array}{c}\mathrm{De}\\ \\ \mathrm{Dg}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\α}}_{11}{\mathrm{\α}}_{12}{\mathrm{\α}}_{13}\\ \\ {\mathrm{\α}}_{21}{\mathrm{\α}}_{22}{\mathrm{\α}}_{23}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_1-\mathrm{\λ}{B}_1\\ {\mathrm{\λ}}_3\\ {\mathrm{\λ}}_5\end{array}\right]----\left(8\right)$

其中α₁₁至α₃₃是由横向坐标值X_e、y_q所确定的常数。

高次形状分量原对称分量可由下列的公式(9)确定，它们是代表板中心和X_q之间厚度分布斜率的C_q、代表板中心和X_n间厚度分布斜率的C_n和代表X_q和X_e之间厚度分布斜度的C_e。 $\left[\begin{array}{c}{C}_e\\ C_q\\ C_n\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\β}}_{11}{\mathrm{\β}}_{12}{\mathrm{\β}}_{13}\\ {\mathrm{\β}}_{21}{\mathrm{\β}}_{22}{\mathrm{\β}}_{23}\\ {\mathrm{\β}}_{31}{\mathrm{\β}}_{32}{\mathrm{\β}}_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_2\\ {\mathrm{\λ}}_4\\ {\mathrm{\λ}}_6\end{array}\right]----\left(9\right)$

其中，β₁₁至β₃₃是由X_e、X_q和X_a所确定的常数。

形状识别装置10所进行的上述程序在图7中显示。

在步骤61，按照形状检测器5发出的形状信号51，用六次函数来近似板材形式。例如，形状是如公式(1)所表示的。

在步骤62，如图4所示，用一次项系数来定义非对称基本形状参数，即线性函数基本分量yB。在步骤63，用结合图5所说明的方法，计算除非对称分量的一次分量以外的非对称高次分量参数D_e和D_q。在步骤64，依照图6定义高次对称分量参数C_e、C_q、C_n。

在所描述的实施方案中，高次的形状识别是通过把形状定义为沿横向相距的两点之间的钢板斜率来进行的。然而，这并不是排他的，而且同样也可以采用利用傅立叶级数的图形识别。

如上所述，D_L、D_e、D_q和C_e、C_q、C_n是借助形状识别装置10，通过图7所示的程序确定的。另一方面，与上述的相应的形状参数对应的指令参数值D_ls、D_es、D_qs和D_es、D_qs、D_ns都被事先存贮在指令形状发生器11中。由参数偏差计算装置30对各参数相对指令参数值的偏差进行计算。

随后，根据参数偏差计算装置30计算出的参数偏差，控制修正量计算装置12对控制修正量进行计算。在进行形状控制中，对于非对称基本分量D₁的控制是由作为未级控制元的压力下调平D₁进行的，可以看到非对称基本分量(一次分量)可达到零值，因为压下调平功能通常没有行程很制制。对D₁的控制可分配给另一未级控制元，象图1中所示的压下装置13.图gA显示了压下调平D，所需要的D₁值是通过压下装置13的作用和支撑辊9(在图8B中略掉了)进行的位面控制而获得的。对D_e和D_q分别进行控制，以便使工作辊的弯曲压力差DF_w和中介辊的弯曲压力差DF₁与各自的期望值相符合。

下面结合图8B对DF_w和DF₁进行说明。如同从该图所看出的，弯曲压力差是，例如，(Fw)±DF_w/2，(F₁)±DF₁/2。

形状参数D_L、D_e、D_q与相应未级控制元D_g、DF_w和DF_l间的关系由下式表示： $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{D}_L\\ \mathrm{\Δ}{D}_e\\ \mathrm{\Δ}{D}_q\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}{b}_{11}& 0& 0\\ 0& b_{22}& b_{23}\\ 0& b_{32}& b_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{D}_3\\ \mathrm{\ΔD}{F}_w\\ \mathrm{\ΔD}{F}_1\end{array}\right]---\left(10\right)$

在此公式，b₁₁至b₃₃代表前面说明的控制增益。

当识别到指令形状和实验形状之间的偏差ΔD_l、ΔD_e和ΔD_q时，控制修正量计算装置计算出修正量ΔD_s、ΔDF_w和DF_l，并将它们送到相应的未级控制元。 $\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{D}_s\\ \mathrm{\Δ}{\mathrm{DF}}_w\\ \mathrm{\Δ}{F}_1\end{array}\right]\left[\begin{array}{ccc}{b}_{11}& 0& 0\\ 0& b_{22}& b_{23}\\ 0& b_{32}& b_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{D}_L\\ \mathrm{\Δ}{D}_e\\ \mathrm{\Δ}{D}_q\end{array}\right]----\left(11\right)$

在所述实施方案中，工作辊弯曲装置和中介辊弯曲装置被用作除压下调平功能部件的外的未级控制单元。然而，这种设置仅是说明性质的，而且可采用例如中介辊移动作为更高次修正的未级控制元。

图9A至9D显示了为检查各未级控制单元对板形状的影响而进行的模拟实验的结果。图9A显示了当加上了工作辊弯曲机压力差F_w1、F_w2和F_w3时，工作辊弯曲机DF_w的运转如何影响板材形式。对工作辊弯曲机压力差进行选择，以满足条件F_w1＞F_w2＞F_w3。类似地，图9B、9C降9D显示了中介辊移动量(UC)、中介辊弯曲压力差DF₁和压下调平DS的变化如何影响板材形状。可以看出在不同的板材区域，不同的未级控制元对板材形状的发生不同形状的影响，本发明的特征就在于形状控制是在充分败宽到未级控制元的这些特征条件下进行的。

按照本发明的控制方法，非对称形状不规则性的基本分量的修正其高次分量的修正是在不产生相互干扰的情况下进行的。即使在其它未级控制元，例如辊弯曲机充分过到其修正能力之后，仍可继续借助调平功能对非对称基本分量进行修正。因此，可以避免钢材发生不希望的弯曲，并且减少使控制变量与形状参数相联系的控制增益的数目，从而便于建立数字模型。另外，通过采用表示控制变量同形状参数间关系的数字模型，可便于实现控制系统的最优化，从而可使形状控制高精确的进行。

如同所描述的，按照本发明，借助压下装置的调平差进行的形状控制和借助其它未级控制元的形状控制可以在不发生相互干扰的情况下进行，因而能在避免轧制钢板发生弯曲的条件下适当的修正其形状。此外，由于减少了使未级控制元同形状参数联系的控制增益的数目，因而可以进行简单的和易于调节的有效控制。

图1所示的装置10至16可采用象微处理机或控制计算机的弯曲处理装置来实现，并而不削弱本发明的实质。虽然图1只显示了轧板1的不可逆轧台的出料侧，但在可逆轧台的进料和出料侧，或在带有多个轧台的连续轧机的每个轧台的两侧同时设置形状检测器5。

对形状不规则性的对称分量的修正并未充分地描述，而只是结合公式(9)简单地提出了一下。然而，对本领域的技术人员显示易见地，可以按相应于结合非对称分量控制所说明的公式(10)和(11)的适当公式，来进行对称分量的控制。

用于确定非对称高次分量参数的点±X_e和±X_q的横向位置通常如下选定。即，点±X_e的位置先为X＝±0.9，而点+X_q的位置选在形状图形曲线的拐点，±X_e的点选在±0.9是由于板的横向边缘处的形状控制很困难，且在某些情况下边缘部分的形状不能用图象曲线表示。点±X_q位置例如考虑平均斜度是可以确定的。

Claims (7)

1.  轧机轧制的板材的形状控制方法，该轧包括有至少一对在包括轧辊压下控制装置，轧辊弯曲控制装置和轧辊移动控制装置的控制装置中的工作辊和中介辊，通过按照由可被测量及可表示的多个参数预定的板材的实际图形形状操作所述的控制装置，控制板材的形状，所述方法包括下列步骤：

在板材的横向测量所述的参数以获得板材的实际形状图形，将所述的图形形状所似到由所述参数和变量的幂级数函数表示的板材在横向的形状的所述参数及变量的线性函数，所述幂级数具有多个奇数幂项和多个偶数幂项；从所述图形的线性函数产生出用于所述轧机调平的控制调整信号，将所述信号加到所述轧辊压下控制装置，用于调整所述轧机的调平，从所述图形的幂级数除一次幂项以外的其它幂项产生出用于通过所述轧辊控制弯曲和移动之中的至少一个的调整的信号，将该信号加到至少所述的轧辊弯曲和移动控制装置，用于通过所述轧机的所述轧辊，调整所述的弯曲和移动中的至少一个。

2.  根据权利要求1的形状控制方法，其中用于对分离出所述非对称基本分量后的更高次分量进行控制的所述其他未级控制元至少包括适于借助弯曲压力差来实现形式控制的工作辊弯曲装置。

3.  根据权利要求1的形状控制方法，其中用于对分离出所述非对称基本分量后的更高次分量进行控制的所述其他未级控制元至少包括适于借助于弯曲压力来实现形状控制的中介辊弯曲装置。

4.  根据权利要求1的形状控制方法，其中用于对分离出所述非对称基本分量后的更高次分量进行控制的所述其他未级控制元至少包括适于借助辊的移动量来实现形状控制的中介辊移动装置。

5.  根据权利要求1的形状控制方法，其中用于对分离出所述非对称基本分量后的更高次分量进行控制的所述其他未级控制元包括括于借助弯曲压力差来实现形状控制的工作辊弯曲装置和适于借助弯曲压力差来实现形状控制的中介辊弯曲装置，从而使所述工作辊弯曲装置和所述中介辊装置以分担的方式进行形状控制。

6.  根据权利要求1的形状控制方法，其中从所述形状图形得到的非对称基本分量是这样的线性表达式，即其系数使所述形状图形幂级数的奇次项与近似线性表达式的差平方和达到极小值。

7.  根据权利要求1的形状控制方法，其中关于分离出所述对称基本分量后的更高次非对称分量的形状参数包括连接靠近所述板材横向边缘的预定点X_e和-X_e之线段的斜率D_e，和连接比所述点(X_e-X_e)更靠近所述板材横向中心的预定点(X_q-X_q)之线段的斜率D_q，并且其中所述其他未级控制元包括工作辊弯曲装置和中介辊弯曲装置，从而使所述工作辊弯曲装置和所述中介辊曲装置，以分担方式进行关于所述参数D_e和D_q的控制。

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