CN105127210A - 基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法 - Google Patents

Abstract

基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法，属于板带轧制自动控制技术领域，确定厚度计AGC控制方法的步骤如下：①、输入轧机的刚度系数<i>K_m</i>及板带塑性系数，确定厚控对象的比例系数K；②、通过压靠实验获得轧制牌坊弹跳特性曲线，并根据离线数据回归轧件弹跳曲线，得出总的轧机弹跳特性曲线方程，确定轧机弹跳量S_tr；③、基于轧机弹跳特性曲线的厚度计AGC原理，以前步确定的轧机弹跳量S_tr为基础，由实测轧制力和实测辊缝以及锁定轧制力和锁定辊缝确定轧机出口厚度偏差值Δh；④、考虑轧机压下效率，确定厚度计AGC的调节量ΔS_gm。本发明有效避免轧机刚度系数对弹跳方程的影响，提高自动控制过程中板带轧制的厚度精度。

Description

基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法

技术领域

本发明属于板带轧制自动控制技术领域，特别涉及一种基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法。

背景技术

在板带轧制过程中，包括钢带、铝带、铜带等轧制过程，一种最常用的厚度控制方法是利用弹跳方程来间接计算变形区厚度，并进而通过调节轧机的液压辊缝对板带厚度进行反馈控制，通常这种厚度控制方法称之为厚度计AGC(AutomaticGageControl)。

厚度自动控制的基础是轧制时的弹塑性曲线，带钢的计算轧出厚度h、实际辊缝宽度S和实际轧制力P之间的关系如弹跳方程所示：

$h=S+\frac{P-P_0}{K_m}$

式中，P₀为预压靠轧制力，单位为kN；K_m为轧机刚度系数，单位为kN/mm。

厚度计AGC依据轧机弹跳方程计算厚度偏差，然后综合考虑轧机压下效率，最终对辊缝宽度进行相应的调节以消除厚度偏差。厚度计AGC投入后，首先对辊缝宽度S和轧制力P采样一段时间并取平均值，得到锁定辊缝宽度S_L和锁定轧制力P_L，从而得到锁定厚度：

$h_L=S_L+\frac{P_L-P_0}{K_m}$

根据弹跳方程，其厚度偏差Δh为：

$\mathrm{\&Delta;}h=h-h_L=S-S_L+\frac{P-P_L}{K_m}$

消除该厚度偏差所需的辊缝宽度调节量ΔS_gm为：

${\mathrm{\&Delta;S}}_{gm}=-(1+\frac{Q}{K_m})\mathrm{\&Delta;}h=-(1+\frac{Q}{K_m})(S-S_L+\frac{P-P_L}{K_m})$

式中，Q为轧件塑性系数，单位为kN/mm。

厚度计AGC利用轧机弹跳方程计算厚度的前提条件是轧机弹跳方程为精确的线性方程，即轧机刚度系数K_m在不同轧制力下为常数，但是由于轧机各部分零件以及轴承之间存在间隙等，轧机弹跳量和轧制力必然是非线性关系。这样就会造成厚度控制的错误调节，甚至会造成辊缝调节方向错误的现象。截止目前为止，在使用传统厚度计AGC进行控制时，经常出现计算厚度偏差与实际厚度偏差存在较大差异甚至符号相反的情况，造成了厚度控制的不准确甚至错误调节。

发明内容

针对现有板带厚度计AGC技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法，来替代目前板带轧制使用的传统控制方法，从而有效的提高板带轧制过程的厚度控制精度。

本发明通过如下技术方案予以实现：

一种基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法，其特征在于确定厚度计AGC的调节量ΔS_gm的步骤如下：

(一)、输入轧机的刚度系数K_m及板带塑性系数Q，确定厚控对象的比例系数K：

$K=1+\frac{Q}{K_m};---\left(1\right)$

(二)、通过压靠实验获得轧制牌坊弹跳特性曲线，并根据离线数据回归轧件弹跳曲线，得出总的轧机弹跳特性曲线方程，从而确定轧机弹跳量S_tr：

1、轧机牌坊弹跳量的确定

①、根据现场压靠实验方法采集机架的辊缝和轧制力数据，利用多项式回归轧机牌坊弹跳曲线方程：

$f_H\left(P\right)={\mathrm{\&alpha;}}_0+{\mathrm{\&alpha;}}_1{\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;}^{\frac{1}{2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_2\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;+{\mathrm{\&alpha;}}_3{\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;}^{\frac{3}{2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_4{(\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;)}^2---\left(2\right)$

式中，P为实测轧制力；P_st为压靠初始轧制力，P_sp为压靠测试轧制力步距；α₀～α₄轧机牌坊弹跳系数；

②、确定轧机牌坊弹跳量S_H：

S_H＝f_H(P)-f_H(P₀)(3)

2、轧件弹性变形量的确定

①、由离线模型确定轧件弹跳特性曲线：

$f_M\left(W\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}_{0}W+{\mathrm{\&beta;}}_1{W}^2,& W\&le;{\mathrm{\&epsiv;}}_1\\ {\mathrm{\&beta;}}_2+{\mathrm{\&beta;}}_3\sqrt{W},& W>{\mathrm{\&epsiv;}}_1\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，W为轧件宽度，单位为mm；β₀～β₃为轧件弹性变形系数；ε₁为临界值，单位为mm；

②、确定轧件弹性变形量S_s：

S_S＝η·[P·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](5)

式中，η为轧件弹性变形修正因子；

3、确定轧机弹跳量S_tr：

S_tr＝S_H+S_S＝f_H(P)-f_H(P₀)+η·[P·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](6)

(三)、基于轧机弹跳特性曲线的厚度计AGC原理，以前步(二)确定的轧机弹跳量S_tr为基础，由实测轧制力和实测辊缝以及锁定轧制力和锁定辊缝计算得出轧机出口厚度偏差值Δh：

弹跳方程可以表示为：

h＝S+ΔS_tr(7)

根据轧机弹跳特性曲线方程：

ΔS_tr＝f(P)-f(P₀)(8)

所以弹跳方程又可以表示为：

h＝S+f(P)-f(P₀)(9)

厚度计AGC投入时头部厚度锁定值为：

h_L＝S_L+S_tr,L＝S_L+(f_H(P_L)-f_H(P₀))+η·[P_L·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](10)

厚度实际值为：

h＝S+S_tr＝S+(f_H(P)-f_H(P₀))+η·[P·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](11)

由式(10)和式(11)得到厚度偏差为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}h=h-h_L=S-S_L+(S_{tr}-S_{tr,L})\\ =S-S_L+\&lsqb;\left(f_H\right(P)-f_H(P_L\left)\right)+\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;f_M\left(W\right)\&CenterDot;(P-P_L)\&rsqb;\end{array}---\left(12\right)$

其中，S_L为锁定辊缝值，P_L为锁定轧制力值，h_L为锁定带钢厚度值，S为实测辊缝值，P为实测轧制力，h为带钢厚度值，Δh为厚度偏差值；

(四)、考虑轧机压下效率，确定厚度计AGC系统的调节量ΔS_gm：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{gn}=-(1+\frac{Q}{K_m})\mathrm{\&Delta;}h\\ =-(1+\frac{Q}{K_m})\{S-S_L+\&lsqb;\left(f_H\right(P)-f_H(P_L\left)\right)+\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;f_M\left(W\right)\&CenterDot;(P-P_L)\&rsqb;\}\end{array}---\left(13\right).$

本发明的有益效果：提出基于轧机弹跳特性曲线方程的轧机出口厚度的确定方法，有效避免轧机刚度系数对弹跳方程的影响，从根本上解决了厚度计AGC厚度基准计算的问题，为厚度计AGC的现场应用提供依据，可以广泛推广到板带轧制厂中，以提高板带产品的厚度精度。

附图说明

图1为基于轧机弹跳特性曲线的厚度计AGC原理图。

图2为本发明厚度计AGC控制框图。

图3为本发明厚度计AGC控制流程图。

具体实施方式

本发明提供的基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法的详细步骤结合实施例加以说明。

为了实现基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制，对硬件设备的配置要符合以下要求：

1)、轧机液压缸安装位移传感器和油压传感器，位移传感器输出绝对值信号，油压传感器输出与油压成比例的电压或电流模拟信号；

2)、为了对板带进行样本跟踪，要求有对出口板带进行长度和速度测量的仪表，例如，通过在轧机的主传动电机上安装有编码器来间接对板带长度和速度进行测量；

3)、有一台带有模拟输入输出接口板、可以进行数学运算的计算机系统或PLC。例如具有模拟输入和输出接口板的SIMATICTDC或SIEMENSS7-400PLC，以读取位移传感器、油压传感器和速度编码器输出的测量信号，进行板带样本跟踪，并实现板带厚度闭环控制率的确定、存储和输出。

实施例一

选取轧制钢种：Q345

来料宽度1250mm，来料厚度10.95mm，出口厚度8.45mm，轧制速度7.5m/s

轧机刚度M＝6500kN/mm,带钢的塑性系数Q＝8250kN/mm，

α₁＝0.16049，α₂＝0.00569，α₃＝0.01343，α₄＝-0.00156，

β₀＝-0.0012，β₁＝0.0000015，β₂＝-1.034846923，β₃＝0.042211566

P_st＝600kN，P_s＝200kN，η＝0.0001，ε＝1000mm。

基于以上条件的厚度计AGC控制参数和方法如下：

(一)、将轧机及带钢相关数据输入计算机，轧机的刚度系数M＝6500kN/mm、带钢塑性系数Q＝8250kN/mm；确定厚控对象比例系数：

$K=1+\frac{Q}{K_m}=1+\frac{8250}{6500}=\mathrm{2.269.}$

(二)、确定弹跳特性曲线方程。

轧机牌坊弹跳特性方程：

$f_H\left(P\right)=0.16049{(\frac{P}{200}-3)}^{\frac{1}{2}}+0.00569(\frac{P}{200}-3)+0.01343{(\frac{P}{200}-3)}^{\frac{3}{2}}-0.00156{(\frac{P}{200}-3)}^2$

轧件弹跳特性方程：

$f_M\left(W\right)=\left\{\begin{array}{cc}-0.0012W+0.0000015W^2,& W\&le;1000\\ -1.034846923+0.042211566\sqrt{W},& W>1000\end{array}\right.$

(三)、计算机将对每一个指定样本长度L_s＝400mm的辊缝和轧制力进行多点采集，计算样本厚度偏差：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}h=S-S_L+\{\&lsqb;(0.16049{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}+0.00569\left(\frac{P}{200}-3\right)+0.01343{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}-0.00156{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^2\&rsqb;\\ -\&lsqb;(0.16049{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}+0.00569(\frac{P_L}{200}-3)+0.01343{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}-0.00156{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^2\&rsqb;+4.576*{10}^{-5}\&CenterDot;(P-P_L)\}\end{array}$

(四)、考虑轧机压下效率，确定ΔS_gm为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{gm}=-(1+\frac{Q}{K_m})\mathrm{\&Delta;}h=-2.269\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}h\\ =-2.269\&CenterDot;\{S-S_L+\&lsqb;(0.16049{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}+0.00569\left(\frac{P}{200}-3\right)+0.01343{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}-0.00156{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^2\&rsqb;\\ -\&lsqb;(0.16049{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}+0.00569(\frac{P_L}{200}-3)+0.01343{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}-0.00156{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^2\&rsqb;+4.576*{10}^{-5}\&CenterDot;(P-P_L)\}\end{array}$

实施例二

选取轧制钢种：Q235

来料宽度520mm，来料厚度4.71mm，出口厚度3.95mm，轧制速度9.0m/s

轧机刚度M＝3160kN/mm,带钢的塑性系数Q＝2850kN/mm，

α₁＝0.25166，α₂＝-0.05828，α₃＝0.04326，α₄＝-0.00497，

β₀＝-0.001244，β₁＝3.56E-06，β₂＝-0.598，β₃＝0.0357

P_st＝600kN，P_s＝200kN，η＝0.0001，ε＝450mm。

基于以上条件的厚度计AGC控制参数和方法如下：

(一)、将轧机及带钢相关数据输入计算机，轧机的刚度系数M＝3160kN/mm、带钢塑性系数Q＝2850kN/mm；确定厚控对象比例系数：

$K=1+\frac{Q}{K_m}=1+\frac{2850}{3160}=\mathrm{1.902.}$

(二)、确定轧机弹跳特性曲线方程。

轧机牌坊弹跳特性方程：

$f_H\left(P\right)=0.25166{(\frac{P}{200}-3)}^{\frac{1}{2}}-0.05828(\frac{P}{200}-3)+0.04326{(\frac{P}{200}-3)}^{\frac{3}{2}}+0.00497{(\frac{P}{200}-3)}^2$

轧件弹跳特性方程：

$f_M\left(W\right)=\left\{\begin{array}{cc}-0.001244W+3.56\&CenterDot;{10}^{-6}{W}^2,& W\&le;450\\ -0.598+0.0357\sqrt{W},& W>450\end{array}\right.$

(三)、计算机将对每一个指定样本长度L_s＝400mm的辊缝和轧制力进行多点采集，计算样本厚度偏差：

$\begin{array}{c}\mathrm{\&Delta;}h=S-S_L+\{\&lsqb;0.25166{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}-0.05828\left(\frac{P}{200}-3\right)+0.04326{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}+0.00497{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^2\&rsqb;\\ -\&lsqb;0.251669{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}-0.05828\left(\frac{P_L}{200}-3\right)+0.04326{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}+0.00497{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^2\&rsqb;+0.2168\&CenterDot;(P-P_L)\}\end{array}$

(四)、考虑轧机压下效率，确定ΔS_gm为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{gm}=-(1+\frac{Q}{K_m})\mathrm{\&Delta;}h=-1.902\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}h\\ =-1.902\&CenterDot;\{S-S_L+\&lsqb;(0.25166{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}-0.05828\left(\frac{P}{200}-3\right)+0.04326{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}+0.00497{\left(\frac{P}{200}-3\right)}^2\&rsqb;\\ -\&lsqb;0.251669{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{1}{2}}-0.05828\left(\frac{P_L}{200}-3\right)+0.04326{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^{\frac{3}{2}}+0.00497{\left(\frac{P_L}{200}-3\right)}^2\&rsqb;+0.2168\&CenterDot;(P-P_L)\}\end{array}$

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.基于轧机弹跳特性曲线的板带轧制厚度控制方法，其特征在于确定厚度计AGC的调节量ΔS_gm的步骤如下：

(一)、输入轧机的刚度系数K_m及板带塑性系数Q，确定厚控对象的比例系数K：

$K=1+\frac{Q}{K_m};---\left(1\right)$

(二)、通过压靠实验获得轧制牌坊弹跳特性曲线，并根据离线数据回归轧件弹跳曲线，得出总的轧机弹跳特性曲线方程，从而确定轧机弹跳量S_tr：

1)、轧机牌坊弹跳量的确定

①、根据现场压靠实验方法采集机架的辊缝和轧制力数据，利用多项式回归轧机牌坊弹跳曲线方程：

$f_H\left(P\right)={\mathrm{\&alpha;}}_0+{\mathrm{\&alpha;}}_1{\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;}^{\frac{1}{2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_2\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;+{\mathrm{\&alpha;}}_3{\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;}^{\frac{3}{2}}+{\mathrm{\&alpha;}}_4{(\&lsqb;(P-P_{st})/P_{sp}\&rsqb;)}^2---\left(2\right)$

式中，P为实测轧制力；P_st为压靠初始轧制力；P_sp为压靠测试轧制力步距；α₀～α₄轧机牌坊弹跳系数；

②、确定轧机牌坊弹跳量S_H：

S_H＝f_H(P)-f_H(P₀)(3)

2)、轧件弹性变形量的确定

①、由离线模型确定轧件弹跳特性曲线：

$f_M\left(W\right)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&beta;}}_{0}W+{\mathrm{\&beta;}}_1{W}^2,& W\&le;{\mathrm{\&epsiv;}}_1\\ {\mathrm{\&beta;}}_2+{\mathrm{\&beta;}}_3\sqrt{W},& W>{\mathrm{\&epsiv;}}_1\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中，W为轧件宽度，单位为mm；β₀～β₃为轧件弹性变形系数；ε₁为临界值，

单位为mm；

②、确定轧件弹性变形量S_s：

S_S＝η·[P·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](5)

式中，η为轧件弹性变形修正因子；

3)、确定轧机弹跳量S_tr：

S_tr＝S_H+S_S＝f_H(P)-f_H(P₀)+η·[P·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](6)

(三)、基于轧机弹跳特性曲线的厚度计AGC原理，以前步(二)确定的轧机弹跳量S_tr为基础，由实测轧制力和实测辊缝以及锁定轧制力和锁定辊缝确定轧机出口厚度偏差值Δh：

弹跳方程可以表示为：

h＝S+ΔS_tr(7)

根据轧机弹跳特性曲线方程：

ΔS_tr＝f(P)-f(P₀)(8)

所以弹跳方程又可以表示为：

h＝S+f(P)-f(P₀)(9)

厚度计AGC投入时头部厚度锁定值为：

h_L＝S_L+S_tr,L＝S_L+(f_H(P_L)-f_H(P₀))+η·[P_L·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](10)

厚度实际值为：

h＝S+S_tr＝S+(f_H(P)-f_H(P₀))+η·[P·f_M(W)-P₀·f_M(W_max)](11)

由式(10)和式(11)得到厚度偏差为：

Δh＝h-h_L＝S-S_L+(S_tr-S_tr,L)

＝S-S_L+[(f_H(P)-f_H(P_L))+η·f_M(W)·(P-P_L)]

(12)

其中，S_L为锁定辊缝值，P_L为锁定轧制力值，h_L为锁定带钢厚度值，S为实测辊缝值，P为实测轧制力，h为带钢厚度值，Δh为厚度偏差值；

(四)考虑轧机压下效率，确定厚度计AGC的调节量ΔS_gm：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{gm}=-(1+\frac{Q}{K_m})\mathrm{\&Delta;}h\\ =-(1+\frac{Q}{K_m})\{S-S_L+\&lsqb;(f_H\left(P\right)-f_H\left(P\right))+\mathrm{\&eta;}\&CenterDot;f_M\left(W\right)\&CenterDot;(P-P_L)\&rsqb;\}\end{array}---\left(13\right).$