CN105983584A - 一种热连轧机穿带偏差张力控制方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

一种热连轧机穿带偏差张力控制方法及其控制系统，涉及专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，尤其涉及通过活套实现热轧带钢张力控制，带钢张力控制系统包括机架偏差张力设定单元、机架偏差张力控制单元和伺服阀偏差补偿单元；热连轧机穿带偏差张力控制方法包括以下步骤：接收带钢参数和张力设定值；确定机架的偏差目标张力并转换为设定力矩，对电液伺服阀进行比例输出控制；检测活套当前的实际张力；判断活套是否接触带钢；执行二次张力判断和多级张力控制。通过对伺服阀动作偏差进行补偿，实现伺服阀开度和带钢偏差张力控制的精确控制；解决带钢在机架咬钢过程中偏差张力控制的技术问题，显著改进热轧穿带活套张力控制的稳定性。

Description

一种热连轧机穿带偏差张力控制方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，尤其涉及通过活套实现热轧带钢张力控制的方法及其控制系统。

背景技术

在热连轧生产中，机架间的带钢张力对稳定穿带和产品质量的影响很大。在热轧连轧机组的实际轧钢过程中，带钢在机架咬钢完成后，前后机架间的带钢上会形成一定的张力，用来张紧机架之间出现的带钢，使连轧机相邻机架间的带钢保持一定张力。张力是热轧精轧区域最为重要的控制参量之一，如果张力太大会造成带钢局部拉窄引起质量损失，严重时甚至造成带钢拉断。如果张力太小会造成机架间堆钢而引起轧线停机，造成重大质量损失和设备停机。为了更好地调节带钢张力，大多数热连轧相邻机架间都安装有活套。根据机械设备的不同，活套经历了从气动活套到液压活套、液压活套的发展过程。目前活套大部分采用了定位精度高、响应速度快的液压活套，其一般形式见图1所示，液压活套110置于前后相邻的前机架100和后机架101之间，液压缸111带动活套辊112绕转轴113摆动，通过改变活套角度调节带钢张力。

中国发明专利《连轧机的控制装置》(发明专利号：ZL00814067.7授权公告号：CN1247333C)公开了一种连轧机的控制装置，适用于使由活套支撑器马达驱动转动的活套支撑器接触在由轧机马达输送驱动的被轧制材料从而对输送形状进行限制、并在同时连续地进行轧制的连轧机中，并具有接受转矩指令从而对上述活套支撑器马达进行转矩控制的活套支撑器转矩控制器和接受轧制速度指令从而对上述轧机马达进行速度控制的轧制速度控制器，其特征在于：具有活套支撑器角度控制器和活套支撑器速度控制器；该活套支撑器角度控制器对活套支撑器角度与外部输入的活套支撑器角度指令的偏差即活套支撑器角度偏差实施控制运算，将运算结果作为轧制速度指令提供给上述轧制速度控制器；该活套支撑器速度控制器以比该活套支撑器角度控制器快的运算速度动作，对活套支撑器速度与外部输入的活套支撑器速度指令的偏差即活套支撑器速度偏差进行控制运算，将运算结果作为与上述活套支撑器角度控制器的输出无关的转矩指令提供给上述活套支撑器转矩控制器。

中国发明专利申请《精轧机活套控制方法及系统》(发明专利申请号：03135885.3公开号：CN1623700A)公开了一种精轧机活套控制方法及其控制系统，包括张力环与电压环控制，以张力信号作为电压信号的外限幅，然后对限幅后的信号进行电流调节，用以控制活套电机。该发明可以实现活套软着陆，即活套在落套的时候，活套辊即将落到轧制线机械零位时，几乎不产生对底座的冲击，其主要作用是减少对活套机械设备和电控设备的冲击，延长使用寿命。且活套软接触起套接触带钢时，对带钢冲击较小，不会产生张力突增，有利于对带钢头部和宽度进行控制。

中国发明专利申请《一种解决轧钢生产线活套甩尾的方法》(发明专利申请号：200710061425.3公开号：CN101003064A)主要涉及解决活套甩尾问题，其技术方案是，它采用轧机的负荷头部、尾部信号作为活套控制信号，起套命令来自下游轧机的负荷头部信号，落套命令来自上游轧机的负荷尾部信号，并将第一架轧机的负荷信号直接引入到下游相邻的第一、二、三架轧机的三个活套器作为控制信号；依次将其余上游轧机的负荷信号直接引入到下游相邻的第二、三架轧机间的活套器作为控制信号；用上游轧机发出的轧件尾部无钢信号的下降沿信号同时控制下游活套器提前一～三架轧机的时间开始落套动作。由于在钢尾还没有脱离上游机架时就发出落套命令，活套落下后，钢尾才脱离上游机架，从而有效解决活套甩尾问题。

上述发明专利或发明专利申请均涉及热连轧机组活套控制的问题，其中ZL00814067.7涉及将活套支撑器角度偏差运算结果作为轧制速度指令用于轧制速度控制，03135885.3以张力信号作为电压信号的外限幅，用以控制活套电机，200710061425.3则涉及活套甩尾控制方法。但是，上述现有技术方案都未涉及带钢在机架咬钢过程中偏差张力控制。在实际的张力控制过程中，带钢咬钢过程主要取决于模型的预设定，由于影响模型设定的外围因素过多，所以，通常情况下对于带钢咬钢时的张力控制难度较大。中国发明专利“精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法”(发明专利号：ZL200610028695.X授权公告号：CN100546734C)公开了一种精轧机架间带钢穿带时的活套控制方法，包括以下步骤：活套辊处于初始角度；当带钢进入前机架，活套进入预备角度；当带钢头部吸入前机架，过了活套辊位置，活套辊进入穿带角度；当带钢头部进入后机架，活套起套，保证活套辊上母线低于实际轧制最低线；起套结束，活套落套，进入预备位置。其中，所述的活套辊初始角度通过角度发生器自动标定，实现了活套器初始角度的自动定量控制和自动动态控制，有效避免精轧机架间带钢存在的下表面划伤缺陷、带钢头部折叠和废钢。该现有技术方案主要涉及活套辊在穿带的角度控制，也没有解决带钢在机架咬钢过程中偏差张力控制的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于液压活套的带钢张力控制的方法，通过在机架咬钢过程中对活套实际张力的检测，以及对偏差目标张力的动态调整修正，实现带钢的偏差张力控制，解决带钢在机架咬钢过程中偏差张力控制的技术问题

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种热连轧机穿带偏差张力控制方法，用于热轧机组的带钢张力控制系统，所述热轧机组具备多个依次顺序排列的轧制机架，在每一组前后相邻的前机架和后机架之间，配有控制带钢张力的液压活套；所述的带钢张力控制系统包括机架偏差张力设定单元和机架偏差张力控制单元；所述的机架偏差张力设定单元从上级过程控制计算机获取带钢的张力设定值，其特征在于：

所述的带钢张力控制系统还包括伺服阀偏差补偿单元；

所述的热连轧机穿带偏差张力控制方法包括以下步骤：

S100：机架偏差张力设定单元从上级过程控制计算机接收带钢参数和当前机架的张力设定值T_set，所述的带钢参数包括带钢的成品厚度、成品宽度和钢种；

S200：根据所述的带钢参数，依据以下公式确定偏差张力补偿系数：

t′＝t′₁×t′₂×t′₃

其中，t'为偏差张力补偿系数，t₁'为成品厚度补偿增益，t'₂为成品宽度补偿增益，t'₃为钢种补偿增益,可根据从上级过程控制计算机接收的带钢参数查表确定；

S300：根据偏差张力补偿系数，依据以下公式确定机架的偏差目标张力；

t_ref＝T_set×t′

其中，t_ref为偏差目标张力，T_set为张力设定值，t'为偏差补偿张力系数；

S400：机架偏差张力控制单元将偏差目标张力t_ref转换为设定力矩，对电液伺服阀进行比例输出控制，通过电液伺服阀控制液压活套的液压缸；

S450：伺服阀偏差补偿单元将电液伺服阀的阀芯反馈信号转化为反馈力矩，与设定力矩比较，将偏差输出与张力设定值叠加，实现伺服阀偏差补偿；

S500：利用安装在活套辊下方的测压头检测活套当前的实际张力T_fbk；

S600：根据活套液压缸输出力、活套张力跳变率、活套角速度变化率或者机架咬钢延时，判断活套是否接触带钢；若活套接触带钢，转步骤S700；否则，返回步骤S400；

S700：执行二次张力判断，若T_fbk＜T_set，转步骤S800；否则，转步骤S900；

S800：根据以下公式进行变增量迭代，执行多级张力控制：

$t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z$

式中，为当前扫描周期对应的偏差目标张力，为前一扫描周期对应的偏差目标张力，z为迭代增量，z＝c(1+x)，其中，常数c＝0.1-0.2Mpa，可通过试验确定，x是与当前实际张力反馈值与张力设定值偏差e_t有关的补偿系数，其取值范围为[0.2,1]；

S900：设置当前扫描周期的偏差目标张力进入目标张力控制过程，其中，为当前扫描周期对应的偏差目标张力，T_set为张力设定值。

本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的步骤S600包括以下判断活套是否接触带钢的条件，当其中任一条件满足时，则判定活套已接触带钢：

条件1：活套液压缸实际输出力F_yfbk≥F_yset，其中，F_yfbk为活套液压缸实际输出力，F_yset为活套液压缸设定输出力，F_yset取值范围＞25000N；

条件2：张力跳变率Eε＞105％，其中，张力跳变率Eε根据下式确定

Eε＝F_yfbk(i+1)÷F_yfbk(i)×100％

式中，F_yfbk(i+1)为当前扫描周期的实际活套液压缸输出力，F_yfbk(i)为前一个扫描周期的实际活套液压缸输出力；

条件3：角速度变化率Vε＝0.15-0.3rad/s，其中，角速度变化率Vε根据下式确定

Vε＝(V_i+1-V_i)×100％

其中，V_i+1为当前扫描周期的活套角速度，V_i为前一个扫描周期的活套角速度，角速度的变化率；

条件4：机架咬钢延时＝500-1000ms。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述热连轧机穿带偏差张力控制方法的带钢张力控制系统，所采用的技术方案是：

一种使用上述热连轧机穿带偏差张力控制方法的带钢张力控制系统，用于热轧机组的带钢张力控制，所述热轧机组具备多个依次顺序排列的轧制机架，在每一组前后相邻的前机架和后机架之间，配有控制带钢张力的液压活套；所述的带钢张力控制系统包括机架偏差张力设定单元，机架偏差张力控制单元和伺服阀偏差补偿单元；其特征在于：

所述的机架偏差张力设定单元连接到上级过程控制计算机，获取带钢参数和当前机架的张力设定值；

所述的机架偏差张力控制单元包括设定力矩转化模块，D/A转换模块，伺服阀开度控制模块和电液伺服阀；所述的机架偏差张力设定单元连接到设定力矩转化模块，将机架偏差张力转化为设定力矩，再通过D/A转换模块转换为模拟信号，传送到伺服阀开度控制模块，对电液伺服阀的阀芯开度实现比例输出控制；

所述的带钢张力设定值修正模块包括伺服阀阀芯反馈模块，A/D转换模块，阀芯反馈力矩转化模块，比较器和偏差输出模块；所述的伺服阀阀芯反馈模块，连接到电液伺服阀的阀芯反馈信号输出端，获取阀芯反馈信号并通过A/D转换模块转换为数字信号，传送到阀芯反馈力矩转化模块，转化为反馈力矩传送到比较器，与设定力矩转化模块输出的设定力矩进行比较得到偏差力矩，通过偏差输出模块馈送到设定力矩转化模块，对设定力矩进行修正，实现对伺服阀动作偏差进行补偿，实现伺服阀开度的精确控制。

本发明的有益效果是：

本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法及其控制系统，通过对伺服阀动作偏差进行补偿，实现伺服阀开度和带钢偏差张力控制的精确控制；通过在机架咬钢过程中对活套实际张力的检测，以及对偏差目标张力的动态调整修正，解决带钢在机架咬钢过程中偏差张力控制的技术问题，显著改进热轧穿带活套张力控制的稳定性。

附图说明

图1是现有热连轧机液压活套的结构示意图；

图2是使用热连轧机穿带偏差张力控制方法的张力输出偏差控制系统结构示意图；

图3是本发明热连轧机穿带偏差张力控制方法的控制流程图；

图4是张力反馈值与张力设定值偏差的补偿系数曲线图；

图5是现有热连轧机穿带偏差张力控制系统的控制波形图；

图6是采用本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法后的控制波形图。

图中各部件的标号：100-前机架，101-后机架，102-带钢，110-液压活套，111-液压缸，112-活套辊，113-转轴，120-测压头，200-机架偏差张力设定单元，300-机架偏差张力控制单元，310-设定力矩转化模块，320-D/A转换模块，330-伺服阀开度控制模块，340-电液伺服阀，400-伺服阀偏差补偿单元，410-伺服阀阀芯反馈模块，420-A/D转换模块，430-阀芯反馈力矩转化模块，440-比较器，450-偏差输出模块。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法，用于热轧机组的带钢张力控制系统，热轧机组具备多个依次顺序排列的轧制机架，在每一组前后相邻的前机架和后机架之间，配有控制带钢张力的液压活套。使用本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法的带钢张力控制系统结构的一个实施例如图2所示，包括机架偏差张力设定单元200和机架偏差张力控制单元300；机架偏差张力设定单元200从上级过程控制计算机L2获取带钢的张力设定值，通过机架偏差张力控制单元300控制液压缸111，动态调节液压活套110的活套角度，实现各机架偏差张力的控制；在图2所示的带钢张力控制系统中，还包括伺服阀偏差补偿单元400；

本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法的一个实施例的控制流程图如图3所示，包括以下步骤：

S100：机架偏差张力设定单元200从上级过程控制计算机L2接收带钢参数和当前机架的张力设定值T_set，所述的带钢参数包括带钢的成品厚度、成品宽度和钢种，存储在数据缓存中；

其中，t′为偏差张力补偿系数，t′₁为成品厚度补偿增益，t′₂为成品宽度补偿增益，t′₃为钢种补偿增益,可根据从上级过程控制计算机L2接收的带钢参数，通过查询成品厚度补偿增益表、成品厚度补偿增益表和钢种补偿增益表，确定t′₁、t′₂和t′₃；

表1成品厚度补偿增益表

成品厚度h

h<2.0mm

2.0mm<h<4.0mm

4.0mm<h<6.0mm

6.0mm<h

Looper1	1.2	1.1	1.0	0.9
					Looper2	1.2	1.1	1.0	0.9
Looper3	1.2	1.1	1.0	0.9
					Looper4	1.2	1.1	1.0	0.9
Looper5	1.2	1.1	1.0	0.9
					Looper6	1.2	1.1	1.0	0.9

表2成品厚度补偿增益表

表3钢种补偿增益表

钢种代码	1	2	3	4	5	6
							Looper1	1.0	1.15	1.2	1.2	1.2	1.2
Looper2	1.0	1.15	1.2	1.2	1.2	1.2
							Looper3	1.0	1.15	1.2	1.2	1.2	1.2
Looper4	1.0	1.15	1.2	1.2	1.2	1.2
							Looper5	1.0	1.15	1.2	1.2	1.2	1.2
Looper6	1.0	1.15	1.2	1.2	1.2	1.2

在表1、表2和表3所示的成品厚度补偿增益表、成品厚度补偿增益表与钢种补偿增益表的实施例中，Looper1～Looper6分别对应于热连轧机组的六套液压活套。

S300：根据偏差张力补偿系数，依据以下公式确定机架的偏差目标张力；

t_ref＝T_set×t′

其中，t_ref为偏差目标张力，T_set为张力设定值，t'为偏差补偿张力系数；

S400：机架偏差张力控制单元300将偏差目标张力t_ref转换为设定力矩，对电液伺服阀340进行比例输出控制，通过电液伺服阀340控制液压活套110的液压缸111；

S450：伺服阀偏差补偿单元400将电液伺服阀340的阀芯反馈信号转化为反馈力矩，与设定力矩比较，将偏差输出与张力设定值叠加，实现伺服阀偏差补偿；

S500：利用安装在活套辊112下方的测压头120，检测活套当前的实际张力T_fbk；

S600：根据活套液压缸输出力、活套张力跳变率、活套角速度变化率或者机架咬钢延时，判断活套是否接触带钢；若活套接触带钢，转步骤S700；否则，返回步骤S400；

S700：执行二次张力判断，若T_fbk＜T_set，转步骤S800；否则，转步骤S900；

S800：根据以下公式进行变增量迭代，执行多级张力控制：

$t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z$

式中，为当前扫描周期对应的偏差目标张力，为前一扫描周期对应的偏差目标张力，z为迭代增量，z＝c(1+x)，其中，常数c＝0.1-0.2Mpa，可通过试验确定，x是与当前实际张力反馈值与张力设定值偏差e_t有关的补偿系数，其取值范围为[0.2,1]；如图1所示，x的取值是一条直线，当偏差小于1Mpa时取1，当偏差大于10Mpa时取0.2，直线斜率K的取值可根据试验获得，参见图1。

S900：设置当前扫描周期的偏差目标张力进入目标张力控制过程，其中，为当前扫描周期对应的偏差目标张力，T_set为张力设定值。

根据本发明的使用热连轧机穿带偏差张力控制方法的一个实施例，所述的步骤S600包括以下判断活套是否接触带钢的条件，当其中任一条件满足时，则判定活套已接触带钢：

条件1：活套液压缸实际输出力F_yfbk≥F_yset，其中，F_yfbk为活套液压缸实际输出力，F_yset为活套液压缸设定输出力，F_yset取值范围＞25000N；由于活套是一个转动体，在力的分析上要满足力平衡和力矩平衡，当活套接触到带钢后活套受到带钢施加的力，那么为了保证活套维持当前的角度，液压缸需要输出更多的力进行平衡，因此，条件1根据活套液压缸输出力对活套工作状态进行判断，当实际活套液压缸输出力达到设定活套液压缸输出力时，即可判断活套已接触带钢。

条件2：张力跳变率Eε＞105％，其中，张力跳变率Eε根据下式确定

Eε＝F_yfbk(i+1)÷F_yfbk(i)×100％

式中，F_yfbk(i+1)为当前扫描周期的实际活套液压缸输出力，F_yfbk(i)为前一个扫描周期的实际活套液压缸输出力；由于活套没有接触带钢时受力的变化率很小，一旦活套接触了带钢，马上会受到带钢施加的力，受力会发生突变，因此，条件2采用实际活套液压缸输出力突变作为活套接触带钢的判断条件。

条件3：角速度变化率Vε＝0.15-0.3rad/s，其中，角速度变化率Vε根据下式确定

Vε＝(V_i+1-V_i)×100％

其中，V_i+1为当前扫描周期的活套角速度，V_i为前一个扫描周期的活套角速度，角速度的变化率；当活套带钢完全接触到带钢后，活套受力从液压缸输出力单独作用的状态，变化为液压缸输出力和带钢施加的力共同作用的状态，活套的抬起速度会下降，当完全接触带钢后活套达到稳定状态，活套角速度变化率很低。因此，条件3采用实际活套角速度变化率作为活套接触带钢的判断条件。

条件4：机架咬钢延时＝500-1000ms；由于机架咬钢并延迟一定时间后，带钢即可到达活套辊，条件4以机架咬钢信号的延迟时间作为活套接触带钢的判断条件。

在图2所示的本发明的使用热连轧机穿带偏差张力控制方法的带钢张力控制系统的实施例中，仅表示了一组轧制机架及其带钢张力控制系统，图中的前机架100和后机架101可以表示热连轧机各组相邻机架中的任意一组，与各组机架的液压活套110对应的带钢张力控制系统，都配置在热轧产线基础自动化级L1的计算机上，作为热轧产线计算机控制系统的一个子系统或者软件功能模块，连接到上级过程控制计算机(过程控制级L2，图中未表示)，图2所示的带钢张力控制系统包括机架偏差张力设定单元200，机架偏差张力控制单元300和伺服阀偏差补偿单元400；

所述的机架偏差张力设定单元200连接到上级过程控制计算机L2，获取带钢参数和当前机架的张力设定值；

所述的机架偏差张力控制单元300包括设定力矩转化模块310，D/A转换模块320，伺服阀开度控制模块330和电液伺服阀340；所述的机架偏差张力设定单元200连接到设定力矩转化模块310，将机架偏差张力转化为设定力矩，再通过D/A转换模块320转换为模拟信号，传送到伺服阀开度控制模块330，对电液伺服阀340的阀芯开度实现比例输出控制；

所述的带钢张力设定值修正模块400包括伺服阀阀芯反馈模块410，A/D转换模块420，阀芯反馈力矩转化模块430，比较器440和偏差输出模块450；所述的伺服阀阀芯反馈模块410，连接到电液伺服阀340的阀芯反馈信号输出端，获取阀芯反馈信号并通过A/D转换模块420转换为数字信号，传送到阀芯反馈力矩转化模块430，转化为反馈力矩传送到比较器440，与设定力矩转化模块310输出的设定力矩进行比较得到偏差力矩，通过偏差输出模块450馈送到设定力矩转化模块310，对设定力矩进行修正，实现对伺服阀动作偏差进行补偿，实现伺服阀开度的精确控制。

实施例

本实施例以某热连轧机的6#活套looper6为例，对本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法的控制过程加以具体说明。

S100：机架偏差张力设定单元200从上级过程控制计算机L2接收带钢参数和当前机架的张力设定值T_set，所述的带钢参数包括带钢的成品厚度、成品宽度和钢种，存储在数据缓存中；在本实施例中，带钢规格为1.82*1050mm，钢种代码为3，过程控制计算机L2设定的张力设定值T_set＝20Mpa。

S200：根据上述带钢参数查询表1、表2和表3，计算得到偏差张力补偿系数为

t′＝t′₁×t′₂×t′₃＝1.2×1.1×1.2＝1.584。

S300：根据偏差张力补偿系数，计算确定机架的偏差目标张力为

t_ref＝T_set×t'＝20×1.584＝31.68Mpa。

S400：机架偏差张力控制单元300将偏差目标张力t_ref＝31.68Mpa转换为设定力矩，再通过D/A转换模块320转换为模拟信号，传送到伺服阀开度控制模块330，对电液伺服阀340的阀芯开度实现比例输出控制。

S450：伺服阀偏差补偿单元400将电液伺服阀340的阀芯反馈信号，通过A/D转换模块420转换为数字信号，再通过阀芯反馈力矩转化模块430转化为反馈力矩，与设定力矩转化模块310输出的设定力矩进行比较得到偏差力矩，通过偏差输出模块450馈送到设定力矩转化模块310，对设定力矩进行修正，实现伺服阀开度的精确控制，通过调节偏差控制保证张力调节的精度；

S500：利用安装在活套辊112下方的测压头120，检测活套当前的实际张力T_fbk作为反馈张力，该反馈张力是不断进行检测的，本实施例中得到的第一时刻点的反馈张力为10Mpa；

S600：根据活套液压缸输出力、活套张力跳变率、活套角速度变化率或者机架咬钢延时，判断活套是否接触带钢；若活套接触带钢，转步骤S700；否则，返回步骤S400；

本实施例中活套液压缸输出力F_yfbk＝50000N，F_yfbk≥F_yset，满足活套接触带钢的判断条件1，转步骤S700；

S700：执行二次张力判断，若T_fbk＜T_set，转步骤S800；否则，转步骤S900；

将步骤S500检测的实际张力T_fbk＝10Mpa与张力设定值T_set＝20Mpa对比，发现此第一时刻点的反馈张力小于张力设定值，即T_fbk＜T_set，转步骤S800执行多级张力控制；

循环执行步骤S700和S800进行多级张力控制的变增量迭代过程如下：

将步骤S500检测得到的实际张力T_fbk＝10Mpa与偏差目标张力t_ref＝31.68Mpa对比，其偏差e_t超过10Mpa，故x取值为0.2，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=31.68-0.2\×(1+0.2)=31.44\mathrm{Mpa};$

第二个扫描周期时反馈张力为10Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为10Mpa，即x取值为0.2，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=31.44-0.2\×(1+0.2)=31.2\mathrm{Mpa};$

第三个扫描周期时反馈张力为15Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为5Mpa，即x取值为0.6，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=31.2-0.2\×(1+0.6)=30.88\mathrm{Mpa};$

第四个扫描周期时反馈张力为16Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为4Mpa，即x取值为0.7，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=31.88-0.2\×(1+0.7)=30.54\mathrm{Mpa};$

第五个扫描周期时反馈张力为16Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为4Mpa，即x取值为0.7，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=30.54-0.2\×(1+0.7)=30.2\mathrm{Mpa};$

第六个扫描周期时反馈张力为16.5Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为3.5Mpa，即x取值为0.7，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=30.2-0.2\×(1+0.7)=29.86\mathrm{Mpa};$

第七个扫描周期时反馈张力为16.5Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为3.5Mpa，即x取值为0.7，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=29.86-0.2\×(1+0.7)=29.52\mathrm{Mpa};$

第八个扫描周期时反馈张力为17Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为3Mpa，即x取值为0.8，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=29.52-0.2\×(1+0.8)=29.16\mathrm{Mpa};$

第九个扫描周期时反馈张力为17Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为3Mpa，即x取值为0.8，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=29.16-0.2\×(1+0.8)=28.8\mathrm{Mpa};$

第十个扫描周期时反馈张力为18Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为2Mpa，即x取值为0.9，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=28.8-0.2\×(1+0.9)=28.42\mathrm{Mpa};$

第十一个扫描周期时反馈张力为19Mpa，那么反馈张力与L2张力设定值的偏差e_t为1Mpa，即x取值为0.9，所以 $t_{{\mathrm{ref}}_{i+1}}=t_{{\mathrm{ref}}_i}-z=28.42-0.2\×(1+0.9)=28.04\mathrm{Mpa};$

第十二个扫描周期时反馈张力为20.5Mpa，那么反馈张力T_fbk就大于了L2张力设定值T_set，此时多级张力控制结束，转到步骤S900；

S900：设置当前扫描周期的偏差目标张力进入目标张力控制过程。

图6是采用本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法后的控制波形图，与图5所示的现有热连轧机穿带偏差张力控制系统的控制波形图比较，可以看出采用本发明的热连轧机穿带偏差张力控制方法后，热轧穿带活套张力控制的稳定性得到了显著改进。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种热连轧机穿带偏差张力控制方法，用于热轧机组的带钢张力控制系统，所述热轧机组具备多个依次顺序排列的轧制机架，在每一组前后相邻的前机架和后机架之间，配有控制带钢张力的液压活套；所述的带钢张力控制系统包括机架偏差张力设定单元和机架偏差张力控制单元；所述的机架偏差张力设定单元从上级过程控制计算机获取带钢的张力设定值，其特征在于：

所述的带钢张力控制系统还包括伺服阀偏差补偿单元；

所述的热连轧机穿带偏差张力控制方法包括以下步骤：

S100：机架偏差张力设定单元从上级过程控制计算机接收带钢参数和当前机架的张力设定值T_set，所述的带钢参数包括带钢的成品厚度、成品宽度和钢种；

S200：根据所述的带钢参数，依据以下公式确定偏差张力补偿系数：

t′＝t′₁×t′₂×t′₃

其中，t'为偏差张力补偿系数，t′₁为成品厚度补偿增益，t′₂为成品宽度补偿增益，t′₃为钢种补偿增益,可根据从上级过程控制计算机接收的带钢参数查表确定；

S300：根据偏差张力补偿系数，依据以下公式确定机架的偏差目标张力；

t_ref＝T_set×t′

其中，t_ref为偏差目标张力，T_set为张力设定值，t'为偏差补偿张力系数；

S400：机架偏差张力控制单元将偏差目标张力t_ref转换为设定力矩，对电液伺服阀进行比例输出控制，通过电液伺服阀控制液压活套的液压缸；

S450：伺服阀偏差补偿单元将电液伺服阀的阀芯反馈信号转化为反馈力矩，与设定力矩比较，将偏差输出与张力设定值叠加，实现伺服阀偏差补偿；

S500：利用安装在活套辊下方的测压头检测活套当前的实际张力T_fbk；

S600：根据活套液压缸输出力、活套张力跳变率、活套角速度变化率或者机架咬钢延时，判断活套是否接触带钢；若活套接触带钢，转步骤S700；否则，返回步骤S400；

S700：执行二次张力判断，若T_fbk＜T_set，转步骤S800；否则，转步骤S900；

S800：根据以下公式进行变增量迭代，执行多级张力控制：

$t_{\mathrm{re}{f}_{i+1}}=t_{\mathrm{re}{f}_i-z}$

式中，为当前扫描周期对应的偏差目标张力，为前一扫描周期对应的偏差目标张力，z为迭代增量，z＝c(1+x)，其中，常数c＝0.1-0.2Mpa，可通过试验确定，x是与当前实际张力反馈值与张力设定值偏差et有关的补偿系数，其取值范围为[0.2,1]；

S900：设置当前扫描周期的偏差目标张力进入目标张力控制过程，其中，为当前扫描周期对应的偏差目标张力，T_set为张力设定值。

2.根据权利要求1所述的热连轧机穿带偏差张力控制方法，其特征在于所述的步骤S600包括以下判断活套是否接触带钢的条件，当其中任一条件满足时，则判定活套已接触带钢：

条件1：活套液压缸实际输出力F_yfbk≥F_yset，其中，F_yfbk为活套液压缸实际输出力，F_yset为活套液压缸设定输出力，F_yset取值范围＞25000N；

条件2：张力跳变率Eε＞105％，其中，张力跳变率Eε根据下式确定

Eε＝F_yfbk(i+1)÷F_yfbk(i)×100％

式中，F_yfbk(i+1)为当前扫描周期的实际活套液压缸输出力，F_yfbk(i)为前一个扫描周期的实际活套液压缸输出力；

条件3：角速度变化率Vε＝0.15-0.3rad/s，其中，角速度变化率Vε根据下式确定

Vε＝(V_i+1-V_i)×100％

其中，V_i+1为当前扫描周期的活套角速度，V_i为前一个扫描周期的活套角速度，角速度的变化率；

条件4：机架咬钢延时＝500-1000ms。

3.一种使用权利要求1或2所述的热连轧机穿带偏差张力控制方法的带钢张力控制系统，用于热轧机组的带钢张力控制，所述热轧机组具备多个依次顺序排列的轧制机架，在每一组前后相邻的前机架和后机架之间，配有控制带钢张力的液压活套；所述的带钢张力控制系统包括机架偏差张力设定单元，机架偏差张力控制单元和伺服阀偏差补偿单元；其特征在于：

所述的机架偏差张力设定单元连接到上级过程控制计算机，获取带钢参数和当前机架的张力设定值；

所述的机架偏差张力控制单元包括设定力矩转化模块，D/A转换模块，伺服阀开度控制模块和电液伺服阀；所述的机架偏差张力设定单元连接到设定力矩转化模块，将机架偏差张力转化为设定力矩，再通过D/A转换模块转换为模拟信号，传送到伺服阀开度控制模块，对电液伺服阀的阀芯开度实现比例输出控制；

所述的带钢张力设定值修正模块包括伺服阀阀芯反馈模块，A/D转换模块，阀芯反馈力矩转化模块，比较器和偏差输出模块；所述的伺服阀阀芯反馈模块，连接到电液伺服阀的阀芯反馈信号输出端，获取阀芯反馈信号并通过A/D转换模块转换为数字信号，传送到阀芯反馈力矩转化模块，转化为反馈力矩传送到比较器，与设定力矩转化模块输出的设定力矩进行比较得到偏差力矩，通过偏差输出模块馈送到设定力矩转化模块，对设定力矩进行修正，实现对伺服阀动作偏差进行补偿，实现伺服阀开度的精确控制。