CN105499280A - 一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于带钢卷取机控制技术领域，提供了一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法，所述方法包括：获取同步光栅发送的第一信号，所述第一信号在所述同步光栅检测到带钢末尾时发送；确认所述第一信号为带钢末尾抵达所述同步光栅检测区域后，获取记录的从起始状态到当前实时更新的卷取机的旋转圈数R_N，并计算出卷径实时值；根据所述卷径实时值和旋转圈数R_N实时计算带钢末尾到卷取机的长度S_N；确定长度S_N到达用于减速的减速长度S_de时，启动减速过程。本发明实施例中对带尾进行了精确的定位，在恰当的时刻启动降速过程，另一方面设计了平滑的速度设定值，使得降速过程十分平稳，可取得良好的控制效果。

Description

一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法

技术领域

本发明属于带钢卷取机控制技术领域，尤其涉及一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法。

背景技术

一卷带钢在轧制过程中，会经历数次加减速过程。为提高生产率，在中间的稳定轧制阶段速度很快，而当带钢尾部接近卷取机时，表明这一卷钢即将轧制完成，这时需要逐渐降低轧制速度，等带尾到达卷取机处时降速到零。降速过程中有两个问题需要考虑，一方面是何时开始降速，如果降速过早，那么带尾还未到达卷取机处速度就已经为零了；若降速过晚，则带尾到达卷取机处时还未降速到零，可能对卷取设备造成损伤。另一方面的问题是怎样降速，因为降速过程同升速过程一样对传动控制系统冲击较大，若控制不当会造成振荡甚至不稳定，造成事故。

前一个问题的解决需要对带尾进行精确地定位，不断计算剩余带钢的长度，等剩余带钢的长度正好达到降速过程所需要的带钢长度的那一时刻，启动降速过程。卷取机的定位操作更为复杂一些，因为随着带钢在卷取机上卷取，卷径会逐渐增大，这是一个连续变化的量，而计算剩余带钢长度需要知道精确的卷径实时值。第二个问题需要制定一个降速策略，通过平滑的速度设定值，控制带钢以设定好的速度平稳地卷取到卷取机上。目前还没有一种很好的方法解决该问题，为此提供一种高精度的卷取机带尾定位控制方法是很有必要的，使得带尾从恰当的时刻开始降速，且正好在到达卷取机处时，平稳地降速到零。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法，以解决现有技术中缺少一种高精度的卷取机带尾定位控制方法的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法，所述方法包括：

获取同步光栅发送的第一信号，所述第一信号在所述同步光栅检测到带钢末尾时发送；

确认所述第一信号为带钢末尾抵达所述同步光栅检测区域后，获取记录的从起始状态到当前实时更新的卷取机的旋转圈数R_N，并计算出卷径实时值；

根据所述卷径实时值和旋转圈数R_N实时计算带钢末尾到卷取机的长度S_N；

确定长度S_N到达用于减速的减速长度S_de时，启动减速过程。

优选的，所述减速过程包括三个阶段，其中，减速的起始阶段和减速的结尾阶段为圆整阶段，而中间阶段为恒减速阶段。

优选的，所述三个阶段的持续时间分别为：T₁＝T₃＝T_round和其中，T_round为圆整时间，A_ramp为加速度，V_s1为轧机出口处带钢开始减速的那一时刻的线速度，T₁,T₂,T₃分别表示第一、第二、第三阶段的持续时间。

优选的，确定三个阶段的加速度值，其中，在定位的起始阶段和结尾阶段，加加速度保持不变，中间阶段加速度保持不变；起始阶段，在T_round的时间内，加速度从0以恒加加速度逐渐下降到A_ramp；中间阶段的加速度保持为A_ramp不变；结尾阶段，在T_round的时间内，加速度从A_ramp以恒加加速度逐渐上升到0，具体由下式计算获得：

$A_{de}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{A_{ramp}}{T_{round}}\×t_1& 0\≤t_1\≤T_1\\ A_{ramp}& 0\≤t_2\≤T_2\\ A_{ramp}-\frac{A_{ramp}}{T_{round}}\×t_3& 0\≤t_3\≤T_3\end{array}\right.$

其中，A_de为减速阶段的加速度值，从上到下分别表示变化过程的第一、第二和第三阶段中的加速度值，t₁、t₂和t₃分别表示减速过程第一、第二和第三阶段中经过的时间，在第二阶段加速度不随时间改变而改变。

优选的，减速过程中三个阶段的速度值通过下式计算得到：

$V_{de}=\left\{\begin{array}{cc}{V}_{s1}+\frac{A_{ramp}\×t_{21}^2}{2T_{round}}& 0\≤t_{21}\≤T_1\\ V_{s1}+\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t_{22}& 0\≤t_{22}\≤T_2\\ -\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t_{23}-\frac{A_{ramp}\×t_{23}^2}{2T_{round}}& 0\≤t_{23}\≤T_3\end{array}\right.$

式中，V_de为减速阶段的速度值，t₂₁、t₂₂和t₂₃分别表示减速过程第一、第二和第三阶段中经过的时间。

优选的，积分每个阶段的速度得到每个阶段的位移量，求和各阶段的位移量得到减速长度S_de。

优选的，在速度测量装置监测到带钢速度以V₀保持不变时，则通过预设的A_ramp、T_round和所述V₀计算出减速长度S₀作为S_de；当速度由V₀调整为V₁时，则重新计算减速长度，并更新到S_de中；维持上述速度监测和减速长度更新过程，直到启动减速过程。

优选的，卷取电动机上安装有脉冲编码器，卷取机咬钢后，开始记录卷取机旋转过的脉冲数，则所述旋转圈数R_N由以下公式计算得到：

$R_N=\frac{P_N}{P_e\×i}$

其中，P_N为从起始状态到当前实时更新记录的脉冲数；P_e为每旋转一圈脉冲编码器记录的脉冲数；i为卷取电机同卷取机之间的齿轮箱的齿轮比。

优选的，所述根据所述卷径实时值和旋转圈数R_N实时计算带钢末尾到卷取机的长度S_N，具体通过以下公式实现：

S_N＝S_S-(R_N,n-R_N,s)×πD_act

其中，S_S为同步光栅处同卷取机之间的长度；当前时刻卷径值D_act＝D₀+2hR_N，式中，D₀为卷取机径初始值，h为带钢厚度。R_N,n为当前时刻的旋转圈数，R_N,s为接收到同步光栅发来信号的时刻的旋转圈数。

本发明实施例提供的一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法的有益效果包括：本发明实施例中对带尾进行了精确的定位，在恰当的时刻启动降速过程，另一方面设计了平滑的速度设定值，使得降速过程十分平稳，可取得良好的控制效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种带钢卷取机的带尾精确定位控制系统的架构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种降速过程速度设定值曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

如图1所示为本发明提供的一种带钢卷取机的带尾精确定位控制系统，所述系统包括：

带钢通过轧机2轧制后，由卷取机9进行卷取。轧机的传动辊由轧机传动电机4驱动，卷取机的转动由卷取电动机7驱动，卷取电动机通过齿轮箱8同卷取机相连，在卷取电动机上安装有脉冲编码器6，可精确确定卷取电动机旋转的角度。轧机出口处安装有速度测量装置3，可测量轧机出口处的带钢线速度；同步光栅1可在带钢头部或尾部通过时发出同步信号，速度检测值、脉冲编码器信号和同步信号都通入PLC(可编程逻辑控制器)控制器5，PLC控制器计算轧机和卷取机传动电机的速度和加速度设定值，发往传动控制系统10，由传动控制系统控制轧机和卷取机电动机的转速。

实施例一

本发明实施例还提供了一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法，所述方法包括：

在步骤201中，获取同步光栅发送的第一信号，所述第一信号在所述同步光栅检测到带钢末尾时发送；

在步骤202中，确认所述第一信号为带钢末尾抵达所述同步光栅检测区域后，获取记录的从起始状态到当前实时更新的卷取机的旋转圈数R_N，并计算出卷径实时值；

在步骤203中，根据所述卷径实时值和旋转圈数R_N实时计算带钢末尾到卷取机的长度S_N；

在步骤204中，确定长度S_N到达用于减速的减速长度S_de时，启动减速过程。

本发明实施例中对带尾进行了精确的定位，在恰当的时刻启动降速过程，另一方面设计了平滑的速度设定值，使得降速过程十分平稳，可取得良好的控制效果。

结合本方法实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述减速过程包括三个阶段，减速的起始阶段和减速的结尾阶段为圆整阶段，而中间阶段为恒减速阶段。

在所述优选的实现方案中，所述三个阶段的持续时间分别为：T₁＝T₃＝T_round和其中，T_round为圆整时间，A_ramp为加速度，V_s1为轧机出口处带钢开始减速的那一时刻的线速度(由速度测量装置3测量获得)，T₁,T₂,T₃分别表示第一、第二、第三阶段的持续时间。

在上述优选的方案中，选取圆整时间和斜坡加速度值时注意需满足条件： 即第二阶段的持续时间T₂≥0。T_round为圆整阶段的持续时间，其取值越大则速度变化曲线越平缓，但持续时间不宜过长，可取一个较小的时间，例如在本实施例中选取T_round＝1.0s。A_ramp为中间阶段的斜坡加速度值，其绝对值越大则速度曲线变化越快，可根据实际情况选取一个合适的值，例如在本实施例中选取A_ramp＝-0.5m/s²。

在所述优选的实现方案中，确定三个阶段的加速度值，其中，在定位的起始阶段和结尾阶段，加加速度保持不变，中间阶段加速度保持不变；起始阶段，在T_round的时间内，加速度从0以恒加加速度逐渐下降到A_ramp；中间阶段的加速度保持为A_ramp不变；结尾阶段，在T_round的时间内，加速度从A_ramp以恒加加速度逐渐上升到0，具体由下式计算获得：

$A_{de}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{A_{ramp}}{T_{round}}\×t_1& 0\≤t_1\≤T_1\\ A_{ramp}& 0\≤t_2\≤T_2\\ A_{ramp}-\frac{A_{ramp}}{T_{round}}\×t_3& 0\≤t_3\≤T_3\end{array}\right.$

其中，A_de为减速阶段的加速度值，从上到下分别表示变化过程的第一、第二和第三阶段中的加速度值，t₁、t₂和t₃分别表示减速过程第一、第二和第三阶段中经过的时间，在第二阶段加速度不随时间改变而改变。

在所述优选的实现方案中，减速过程中三个阶段的速度值通过下式计算得到：

$V_{de}=\left\{\begin{array}{cc}{V}_{s1}+\frac{A_{ramp}\×t_{21}^2}{2T_{round}}& 0\≤t_{21}\≤T_1\\ V_{s1}+\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t_{22}& 0\≤t_{22}\≤T_2\\ -\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t_{23}-\frac{A_{ramp}\×t_{23}^2}{2T_{round}}& 0\≤t_{23}\≤T_3\end{array}\right.$

式中，V_de为减速阶段的速度值，t₂₁、t₂₂和t₂₃分别表示减速过程第一、第二和第三阶段中经过的时间。

降速过程经过上述步骤处理，三个阶段的速度设定值可十分平滑地变化，例如，当带钢出口速度从5m/s降速到0的过程中，预设T_round＝1.0s，A_ramp＝-0.5m/s²，使用上述方法进行处理得到的速度设定值曲线如图3所示。

在所述优选的实现方案中，积分每个阶段的速度得到每个阶段的位移量，求和各阶段的位移量得到减速长度S_de。

减速长度S_de的计算过程具体如下：

$S_1={\∫}_0^{T_1}(V_{s1}+\frac{A_{ramp}\×t^2}{2T_{round}})dt=V_{s1}\×T_{round}+\frac{A_{ramp}\×T_{round}^2}{6}$

$S_2={\∫}_0^{T_2}(V_{s1}+\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t)dt=(V_{s1}+\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2})\×T_2+\frac{A_{ramp}}{2}\×T_2^2$

$S_3={\∫}_0^{T_3}(-\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t-\frac{A_{ramp}\×t^2}{2T_{round}})dt=-\frac{A_{ramp}\×T_{round}^2}{6}$

总位移量为减速过程的三个阶段位移量的总和，即：

$S_{de}=V_{s1}\×T_{round}+(V_{s1}+\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2})\×T_2+\frac{A_{ramp}}{2}\×T_2^2$

在本发明实施例具体实现过程中，步骤204具体实现过程中，还涉及S_de的动态调整，具体内容为：在速度测量装置监测到带钢速度以V₀保持不变时，则通过预设的A_ramp、T_round和所述V₀计算出减速长度S₀作为S_de；当速度由V₀调整为V₁时，则重新计算减速长度，并更新到S_de中；维持上述速度监测和减速长度更新过程，直到启动减速过程。除此以外，可选的，还可以利用周期性实时采集带钢速度更新S_de的方式，在此不再赘述。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，卷取电动机上安装有脉冲编码器，卷取机咬钢后，开始记录卷取机旋转过的脉冲数，则所述旋转圈数R_N由以下公式计算得到：

$R_N=\frac{P_N}{P_e\×i}$

其中，P_N为从起始状态到当前实时更新记录的脉冲数为；P_e为每旋转一圈脉冲编码器记录的脉冲数；i为卷取电机同卷取机之间的齿轮箱的齿轮比。

结合本发明实施例，存在一种优选的实现方案，其中，所述根据所述卷径实时值和旋转圈数R_N实时计算带钢末尾到卷取机的长度S_N，具体通过以下公式实现：

S_N＝S_S-(R_N,n-R_N,s)×πD_act

其中，S_S为同步光栅处同卷取机之间的长度；D_act＝D₀+2hR_N，式中，D₀为卷取机径初始值，h为带钢厚度。R_N,n为当前时刻的旋转圈数，R_N,s为接收到同步光栅发来信号的时刻的旋转圈数。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种带钢卷取机的带尾精确定位控制方法，其特征在于，所述方法包括：

获取同步光栅发送的第一信号，所述第一信号在所述同步光栅检测到带钢末尾时发送；

确认所述第一信号为带钢末尾抵达所述同步光栅检测区域后，获取记录的从起始状态到当前实时更新的卷取机的旋转圈数R_N，并计算出卷径实时值；

根据所述卷径实时值和旋转圈数R_N实时计算带钢末尾到卷取机的长度S_N；

确定长度S_N到达用于减速的减速长度S_de时，启动减速过程。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述减速过程包括三个阶段，其中，减速的起始阶段和减速的结尾阶段为圆整阶段，而中间阶段为恒减速阶段。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述三个阶段的持续时间分别为：

T₁＝T₃＝T_round和其中，T_round为圆整时间，A_ramp为加速度，V_s1为轧机出口处带钢开始减速的那一时刻的线速度，T₁,T₂,T₃分别表示第一、第二、第三阶段的持续时间。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，确定三个阶段的加速度值，其中，在定位的起始阶段和结尾阶段，加加速度保持不变，中间阶段加速度保持不变；起始阶段，在T_round的时间内，加速度从0以恒加加速度逐渐下降到A_ramp；中间阶段的加速度保持为A_ramp不变；结尾阶段，在T_round的时间内，加速度从A_ramp以恒加加速度逐渐上升到0，具体由下式计算获得：

$A_{de}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{A_{ramp}}{T_{round}}\×t_1& 0\≤t_1\≤T_1\\ A_{ramp}& 0\≤t_2\≤T_2\\ A_{ramp}-\frac{A_{ramp}}{T_{round}}\×t_3& 0\≤t_3\≤T_3\end{array}\right.$

其中，A_de为减速阶段的加速度值，从上到下分别表示变化过程的第一、第二和第三阶段中的加速度值，t₁、t₂和t₃分别表示减速过程第一、第二和第三阶段中经过的时间，在第二阶段加速度不随时间改变而改变。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，减速过程中三个阶段的速度值通过下式计算得到：

$V_{de}=\left\{\begin{array}{cc}{V}_{s1}+\frac{A_{ramp}\×t_{21}^2}{2T_{round}}& 0\≤t_{21}\≤T_1\\ V_{s1}+\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t_{22}& 0\≤t_{22}\≤T_2\\ -\frac{A_{ramp}\×T_{round}}{2}+A_{ramp}\×t_{23}-\frac{A_{ramp}\×t_{23}^2}{2T_{round}}& 0\≤t_{23}\≤T_3\end{array}\right.$

式中，V_de为减速阶段的速度值，t₂₁、t₂₂和t₂₃分别表示减速过程第一、第二和第三阶段中经过的时间。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，积分每个阶段的速度得到每个阶段的位移量，求和各阶段的位移量得到减速长度S_de。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述V_s1由安装在轧机出口处的速度测量装置监测获得，其中A_ramp和T_round为预先设定，则所述确定长度S_N到达用于减速的减速长度S_de的过程中还包括：

在速度测量装置监测到带钢速度以V₀保持不变时，则通过预设的A_ramp、T_round和所述V₀计算出减速长度S₀作为S_de；当速度由V₀调整为V₁时，则重新计算减速长度，并更新到S_de中；维持上述速度监测和减速长度更新过程，直到启动减速过程。

8.根据权利要求1-7任一所述的控制方法，其特征在于，卷取电动机上安装有脉冲编码器，卷取机咬钢后，开始记录卷取机旋转过的脉冲数，则所述旋转圈数R_N由以下公式计算得到：

$R_N=\frac{P_N}{P_e\×i}$

其中，P_N为从起始状态到当前实时更新记录的脉冲数为；P_e为每旋转一圈脉冲编码器记录的脉冲数；i为卷取电机同卷取机之间的齿轮箱的齿轮比。

9.根据权利要求1-7任一所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述卷径实时值和旋转圈数R_N实时计算带钢末尾到卷取机的长度S_N，具体通过以下公式实现：

S_N＝S_S-(R_N,n-R_N,s)×πD_act

其中，S_S为同步光栅处同卷取机之间的长度；D_act＝D₀+2hR_N，式中，D₀为卷取机径初始值，h为带钢厚度，R_N,n为当前时刻的旋转圈数，R_N,s为接收到同步光栅发来信号的时刻的旋转圈数。