CN106536073B - 通过过程阻尼进行的轧机第三倍频颤动控制 - Google Patents

通过过程阻尼进行的轧机第三倍频颤动控制 Download PDF

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Abstract

可使用高速压电辅助装置132、148实现对轧机机座102、104的第三倍频振动的控制，所述高速压电辅助装置132、148耦接至液压间隙缸126、146以增加对辊堆的阻尼。所述辊堆(例如，上工作辊118、134)的垂直移动可通过观察(例如，测量)所述液压缸的液压流体压力或金属条108的进入张力而确定。在确定所述辊堆的垂直移动之后，可确定液压压力的期望变化来克服、减小或防止第三倍频振动。液压压力的这个期望变化可使用所述压电辅助装置132、148高速地实现(例如，大约90赫兹或高于大约90赫兹)。

Description

通过过程阻尼进行的轧机第三倍频颤动控制
相关申请的交叉引用
本申请要求2014年7月25日提交的标题为“ROLLING MILL THIRD OCTAVE CHATTERCONTROL BY PROCESS DAMPING”的美国临时专利申请号62/029,031的权益，该项专利申请的全部内容以引用的方式并入。
技术领域
本公开大体涉及金属加工并且更具体地说涉及控制高速轧机的振动。
背景技术
金属轧制，诸如高速轧制，是用于生产金属条的金属加工过程。所得的金属条可被盘绕、切割、加工、按压或以其它方式形成为其它产品，诸如饮料罐头、汽车零件或许多其它金属产品。金属轧制涉及使金属(例如，金属条)通过一个或多个轧机机座，每个轧机机座具有压缩所述金属条以减小所述金属条的厚度的一个或多个工作辊。每个工作辊可由支承辊支撑。
在金属轧制期间，诸如高速金属轧制，自激振动可以轧机的谐振频率发生。具体地说，每个轧机机座可以其自身的自激振动来振动。自激振动在大约100Hz至大约300Hz的范围中或左右可以是非常普遍的。由于轧机振动的频带与第三音乐倍频(128Hz至256Hz)重合，所以这种类型的自激振动可被称为“第三倍频”振动。这种自激的第三倍频振动是由辊的散布力与进入条张力(例如，当条进入轧机机座时条沿着轧制方向的张力)之间的相互作用产生的自持式振动。自激的第三倍频振动不要求以谐振频率递送能量来激发轧机机座的自然谐振。
自激的第三倍频振动可在轧机中引起各种问题。如果不对自激的第三倍频振动进行检查，那么其可能损坏轧机机座自身，包括辊，并且损坏任何正在被轧制的金属，使金属不可用，并且因此成为废料。已经作出多种尝试来通过减缓检测自激的第三倍频振动时的轧制速度而对抗自激的第三倍频振动。这类方法可能仍然导致磨损轧机机座并且损坏少量正在被轧制的金属条，并且可明显减缓轧制金属条的过程，从而减少轧机的可能输出。
发明概要
本公开的某些方面和特征涉及使用高速压电辅助装置来控制轧机机座的第三倍频振动，所述高速压电辅助装置耦接至液压间隙缸以增加对辊堆的阻尼。所述辊堆(例如，上工作辊)的垂直移动可通过观察(例如，测量)所述液压缸的液压流体压力或金属条的进入张力而确定。在确定所述辊堆的垂直移动之后，可确定液压压力的期望变化并且实现所述期望变化来克服、减小或防止第三倍频振动。液压压力的这个期望变化可使用所述压电辅助装置高速地实现(例如，大约90赫兹或高于大约90赫兹)。
附图简述
本说明书参考以下附图，其中在不同图中使用相似参考符号旨在图示相似或类似部件。
图1是根据本公开的某些方面的四高两机座串列式轧机的示意侧视图。
图2是根据本公开的某些方面的具有处在展开状态下的压电辅助装置的液压致动器的截面视图。
图3是根据本公开的某些方面的图2的具有处在回缩状态下的压电辅助装置的液压致动器的截面视图。
图4是描绘根据本公开的某些方面的通过监测液压缸中的压力而减小颤动的过程的流程图。
图5是描绘根据本公开的某些方面的数学模型的方框图，所述数学模型用于基于通过监测液压缸中的压力确定的辊堆速度而确定所需的阻尼力的大小。
图6是描绘根据本公开的某些方面的通过监测轧机机座中的条进入张力而减小颤动的过程的流程图。
图7是描绘根据本公开的某些方面的数学模型的方框图，所述数学模型用于基于通过监测条进入张力确定的辊堆速度而确定所需的阻尼力的大小。
具体实施方式
此处具体描述了本公开的实施方案的主题以符合法定要求，但是本说明书不一定旨在限制权利要求的范围。受权利要求保护的主题可以其它方式具体实施，可包括不同元件或步骤，并且可结合其它现有的或未来技术使用。本说明书不应被理解为暗指各种步骤或元件之间的任何特定顺序或布置，除了当明确描述元件的单独步骤或布置的顺序时。
本公开的某些方面和特征涉及使用高速压电辅助装置来控制轧机机座的第三倍频振动，所述高速压电辅助装置耦接至液压间隙缸以增加对辊堆的阻尼。所述辊堆(例如，上工作辊)的垂直移动可通过观察(例如，测量)所述液压缸的液压流体压力或金属条的进入张力而确定。在确定所述辊堆的垂直移动之后，可确定液压压力的期望变化并且实现所述期望变化来克服、减小或防止第三倍频振动。液压压力的这个期望变化可使用所述压电辅助装置高速地实现(例如，大约90赫兹或高于大约90赫兹)。
本公开的各个方面和特征可用于控制自激的第三倍频振动。自激的第三倍频振动可包括90-300Hz或90-300Hz左右的自激振动。本公开的各个方面和特征可用于控制大约90-200Hz、90-150Hz范围中或前述范围内的任何合适范围中的自激的第三倍频振动。本公开的各个方面和特征也可用于控制其它频率下的张力干扰。
自激的第三倍频振动可发生在其中传入至辊隙的条的张力未被精确控制并且条速足够高(例如，足够快速的轧制速度)的任何轧机上。本文公开的概念涉及在条进入轧机机座时对条张力的控制。因此，本文所公开的概念可应用于从另一台设备(诸如开卷机)进入轧机机座的金属条。此外，所述概念可应用于在多机座轧机(例如，两个、三个或更多个机座串列式冷轧机)的轧机机座之间行进的金属条。
例如，两机座串列式冷轧机可包括金属条的长度在机座间区域中的张力区。张力可通过条进入张力区的速度和离开张力区的速度之间速度差而产生。条进入张力区的速度可通过前述机座的轧制速度而设置。条离开张力区的速度由下游机座的辊速和下游轧机机座的辊隙确定。关于两机座串列式轧机，可控制下游间隙以实现所需的薄片厚度。
机座间的张力可通过调整两个机座的辊速之间的差异和通过调整下游机座的辊隙而控制。使用这两个调整中的任一个来控制轧机颤动频率(例如，自激的第三倍频振动的频率)下的机座间的张力如果不是不可能，那也可能是困难的。调整辊速和辊隙可需要大质量的移动并且可能需要大量能量来减轻颤动。使用这些调整来减轻自激的第三倍频振动可能是不切实际的和/或经济上是不允许的。
例如，可考虑两机座串列式轧机并且为其建模。在此轧机中，第二机座可经历自激的第三倍频振动，其中第二辊堆(x)依据辊的分离力(Fs)的垂直移动可描述于如下列方程式1中所见的拉普拉斯域中，其中K1表示因辊堆移动的变化而产生分离力的弹簧常数(例如，轧机的弹簧常数)，K2表示因辊堆移动的变化而产生进入张力驱动的分离力的弹簧常数(例如，机座间区的刚度)，s表示拉普拉斯算子，M表示正在移动的辊堆部件(例如，上支承辊和上工作辊-下工作辊和下支承辊可为静止)的质量，D表示辊堆的自然阻尼系数并且具有正值，并且Tt表示条行进在机座之间所用的经过时间(例如，经过机座间的张力区的时间)。
方程式1
方程式的关键部分是分母中的二次项：这一项表示具有以下形式的阻尼的弹簧质量系统的运动：(s2+2δωns+ωn 2)。自然频率ωn由系统的质量和弹簧确定为并且系统的阻尼取决于比率δ。在这种情况下，阻尼比率δ的值与的值相关。
因此，当阻尼值变成负时，辊堆的垂直移动可进入持续振荡(例如，自激的第三倍频振动)。因此，可能需要确保阻尼值保持正。
经过时间变数(Tt)表明轧机颤动可与条速相关联的原因。随着轧机速度提高，阻尼减小并且可变成负值。一旦阻尼变成负，在颤动开始之后，颤动便可以指数形式增加(假定是线性系统)，直至条断裂。
消除轧机的谐振颤动频率可能是不可能的或者是不需要的。每个轧机机座的机械结构确定该机座的谐振频率。因此，可能需要限制和/或防止轧机的自然阻尼的任何变化。
防止轧机的自然阻尼的变化可通过产生另外的过程阻尼而实现。可通过使用高速轧制力压电致动器控制进入条张力或轧制力缸压力的变化速率来增加阻尼。
可通过减小与轧机辊堆的机械谐振相关联的阻尼而产生颤动。通过增加大于可归因于轧机速度的变化的减小的固定大小的阻尼，所述过程可保持稳定，并且这类颤动不发生和/或减小。
阻尼可通过使用致动器来增加，所述致动器的动态范围大于颤动频率(例如，90-150Hz、90-200Hz、或90-300Hz)。这类致动器的一个实施例可包括作用在容纳在轧制力液压缸的钻孔内的液压流体(例如，油)的体积上的压电装置。这类致动器可通过变更容纳器皿的体积而产生轧制力的变化，其不应与变更缸中的液压流体量混淆，其可为经由液压致动器产生力的一般构件。前者可经由体积变化直接产生力，而后者可因液压流体的增加而产出力，其需要流的整合。示例性致动器可能不要求物理整合。
虽然压电装置一般结合液压流体(诸如油)的体积模量和轧制力缸的尺寸产生小的体积变化，但是示例性致动器可产生大约±10吨力变动。此外，示例性压电装置可产生频率高至数百赫兹的此轧制力变动，所述频率大于典型的第三倍频颤动频率。
本公开的各个方面涉及确定辊堆的线性速度。所述线性速度为辊堆、工作辊、支承辊、辊轴承座和/或液压缸的向上和向下移动。本文所述的各个方面可针对支撑工作辊的每个液压缸独立实施。例如，当经由与工作辊的每端相关联的一对液压缸(例如，经由支承辊)将力施加至工作辊时，每个液压缸可包括用于减小颤动的独立系统。
线性速度可通过测量轧制力缸钻孔压力或通过测量进入条张力而确定。压电致动器可产生与辊堆的线性速度成比例的力以提供另外的阻尼。所述另外的阻尼可减小或避免自激的第三倍频振动。
这些说明性实施例被给出来向读者介绍此处所论述的大致主题并且不旨在限制所公开概念的范围。以下部分参考各图描述各种另外的特征和实施例，在各图中，相似符号指示相似元件，并且方向性描述用于描述说明性实施方案，但是如同说明性实施方案，不应被用来限制本公开。包括在本文图示中的元件可能不是按比例绘制的。
图1是根据本公开的某些方面的四高两机座串列式轧机100的示意侧视图。轧机100包括由机座间间隔分开的第一机座102和第二机座104。左边的物品可被视为靠近另外右边的物品或在其上游。例如，第一机座102可被视为靠近第二机座104或在第二机座104的上游。条108沿着方向110经过第一机座102、机座间间隔和第二机座104。条108可为金属条，诸如铝条。随着条108经过第一机座102，第一机座102将条108轧制成更小厚度。随着条108经过第二机座104，第二机座104将条108轧制成甚至更小的厚度。轧制前的部分112是条108尚未经过第一机座102的部分。中间轧制部分114是条108已经经过第一机座102但尚未经过第二机座104的部分。轧制后的部分116是条108已经经过第一机座102和第二机座104两者的部分。轧制前的部分112厚于中间轧制部分114，中间轧制部分114厚于轧制后的部分116。
四高机座的第一机座102包括条108经过其中的相对的工作辊118、120。分别通过支承辊122、124，沿着朝向条108的方向，将力施加至相应的工作辊118、120。可分别通过辊轴承座128、130将力施加至支承辊122、124，辊轴承座128、130用于支撑支承辊122、124。
力可通过一个或多个线性致动器(诸如液压间隙缸)施加。在一些情况下，高压液压系统为液压缸进料以将工作辊定位至正确间隙以实现期望的离开厚度。可将力施加至辊轴承座128、130以产生足够的力来迫使支承辊122、124抵住工作辊118、120，并且因此迫使工作辊118、120朝向条108。在一些情况下，力通过上工作辊118施加，而下工作辊120则保持垂直静止，但是力可替代地或也可通过下工作辊120单独施加。
如图1中所见，借助一对液压缸126通过上工作辊118施加力。由液压缸126施加的力的大小可确定上工作辊118和下工作辊120之间的辊隙，因此确定轧制前的部分112和中间轧制部分114之间的条108中所实现的减小量。
类似地，第二机座104可包括由支承辊138、140支撑的相对工作辊134、136，支承辊138、140继而分别由辊轴承座142、144支撑。一对液压缸146可通过上工作辊134提供力。类似于第一机座102，可使用其它变动。由液压缸146施加的力的大小可确定上工作辊134和下工作辊136之间的辊隙，因此确定中间轧制部分144和轧制后的部分116之间的条108中所实现的减小量。
支承辊对工作辊提供刚性支撑。在替代情况下，将力直接施加至工作辊，而不是通过支承辊。在替代情况下，可使用其它数目的辊，诸如工作辊和/或支承辊。
控制器106可耦接至第一机座102和第二机座104以控制液压缸126、146的致动。压电辅助装置132、148可分别耦接至第一机座102和第二机座104的液压缸126、146。每个液压缸126、146包括流体腔室(例如，其中油所驻留的空间)内的液压流体，诸如油。压电辅助装置用于通过快速改变容纳空间的体积而快速改变由液压缸施加的压力。示例性压电辅助装置是可获自德国哥廷根的ERAS GmbH的压电致动器。每个压电辅助装置132、148可操作以快速改变其相应的液压缸126、146的体积。每个压电辅助装置132、148可定位在相应的机座102、104处或附近或定位在机座102、104远处，前提是机座102、104是液压地耦接至它们相应的液压缸126、146。
随着条108经过机座(例如，第一机座102或第二机座104)，自激的第三倍频振动(例如，颤动)可能发生。即使在强烈的颤动发生之前，条108经过工作辊的移动也可引起轧制间隙(例如，上工作辊和下工作辊之间的间隙)的波动。这些波动可造成颤动，如果对其不加以校正，则其可为颤动。因此，可通过减小这些波动，诸如通过增加对轧机机座的自然阻尼而控制颤动。
例如，压电辅助装置148可引起液压缸146体积的快速变化(例如，高于大约90Hz)，因此引发通过工作辊134施加的力的大小的快速变化。由于压电辅助装置148用来改变液压缸146的体积的致动不需要油流(例如，通过伺服阀)，所以其可被快速完成(例如，高于大约90Hz)。控制器106可确定工作辊134的垂直移动并且然后根据需要驱动压电辅助装置148以解决该垂直移动以维持正阻尼。工作辊134的垂直移动可等同于支承辊142或辊轴承座138的垂直移动，以及辊隙距离的变化。工作辊134的垂直移动可如本文所述的各种方式确定，包括通过监测液压缸的液压或监测条108的进入张力(例如，当条进入机座104时的张力)。
一个或多个张力测量装置可用于测量条进入张力(例如，当条进入一对工作辊之间的辊缝时条的张力)。可使用任何合适的张力测量装置。条进入张力可在张力区(例如，条正在进入的轧机机座与前面一台张力提供设备(诸如早先的轧机机座或开卷机和/或系带)之间的区)中测量。如图1中所见，耦接至一对力传感器152的辊150(例如，辊150的每端上具有一个力传感器)可用于测量条108在机座间区域中的张力。可使用其它的张力测量装置。可在任何轧机机座之前使用张力测量装置。
尽管图1中示出了两机座串列式轧机，但是可使用任何数目的机座。
图2是根据本公开的某些方面的具有处在展开状态下的压电辅助装置214的液压致动器200的截面视图。液压致动器200可为图1的液压缸126、146。液压致动器200可包括缸体202，缸体202支撑其中的活塞204。缸体202包括驱动腔穴208(例如，流体腔室)，液压流体206可在驱动腔穴208内循环以操纵活塞204。液压流体206可通过液压驱动器226(例如，伺服阀和/或其它部件)循环，液压驱动器226可由控制器224(例如，诸如图1的控制器106)控制。液压流体206可循环通过缸端口210、212以便升高或降低活塞204。
活塞204可包括具有一个或多个凹槽230的活塞头228。压电辅助装置214可定位在每个凹槽230内。在一些情况下，多个凹槽230可横跨整个活塞头228散布以便使可由压电辅助装置214致动的表面积大小最大化。在替代情况下，压电辅助装置可定位在除活塞头以外的其它地方，前提是压电辅助装置能够改变驱动腔穴208的体积。
如图2中所见，每个压电辅助装置214包括耦接至子活塞216的压电装置232(例如，压电堆栈)。子活塞216如同凹槽230内的活塞起作用，轴向移动以调整端板234的位置。多个子活塞216可作用在单个端板234上以便提供更多的致动力。在一些情况下，不使用端板234或使用多个端板234。子活塞216的移动可引起驱动腔穴208的体积的变化，诸如通过端板234的移动。
当电流被施加至压电装置232时，压电装置232可变形以展开或回缩，因此推动或牵拉子活塞216，其然后可推动或牵拉端板234。可施加相反电流来使压电装置232在相反方向上变形。当压电辅助装置215处在展开状态下时，它们已经减小了驱动腔穴208的体积。
布线218可通过布线端口220将每个压电装置232耦接至控制器224。任选地，压电驱动器可驱动压电装置232并且压电驱动器可由控制器224控制。活塞204的内部凹槽可由端盖222覆盖，端盖222耦接至活塞204。
由于压电装置232可以极高频率操作，所以压电辅助装置214可提高液压致动器200可发挥作用时的速度。单个液压致动器200可包括一个或多个压电辅助装置214。
为了适应高频张力干扰，压电致动器可放置在阀和缸之间。压电辅助装置可依据液压流体压力改变液压流体的体积。压电装置的长度随着压力的变化而变化。
图3是根据本公开的某些方面的图2的具有处在回缩状态下的压电辅助装置214的液压致动器200的截面视图。压电装置232在压电辅助装置214内的致动可迫使子活塞216回缩至活塞头228的凹槽230中，因此减小驱动腔穴208的有效体积。当使用端板234时，子活塞216的回缩导致端板234的回缩，因此减少驱动腔穴208的有效体积。
当子活塞216回缩以减小驱动腔穴208的有效体积时，活塞204和端盖222可相对于缸体202向内移动(例如，在图2-3中向上移动)，尤其当液压流体206是不可压缩时。可允许液压流体206在缸体202的缸端口210、212之间流动。控制器224可继续控制液压驱动器226并且可通过电端口220经由布线218控制压电装置232。
诸如在展开状态(例如，图2)和回缩状态(例如，图3)之间通过压电辅助装置214的致动实现的此少量线性移动可以极快的速度发生(例如，大约90赫兹或高于大约90赫兹)。由于压电辅助装置214定位在液压流体206和活塞204之间，所以液压流体206的移动是最小的以便实现活塞204的移动。
图4是描绘根据本公开的某些方面的通过监测液压缸中的压力而减小颤动的过程400的流程图。过程400可关于轧机机座的任何液压缸使用，包括图1的机座。
在方框402处，测量液压缸中的液压压力。在方框404处，基于液压缸中所测量的液压压力而确定工作辊的垂直移动。可如本文所述计算工作辊的垂直移动。工作辊的垂直移动可大约与液压缸(例如，液压缸的棒)的垂直移动相同。
在方框406处，确定通过压电辅助装置施加的校正力的大小。可计算此确定以维持正的阻尼大小。在方框408处，基于通过压电辅助装置施加所需的校正力的大小而确定压电辅助装置的控制信号。在方框410处，通过压电辅助装置将校正力施加至液压致动器的流体腔室。控制信号在被压电辅助装置接收时，引起压电辅助装置变形以增加或减小液压致动器的流体腔室的体积，因此增加或减小液压缸内的压力。
在一些情况下，过程400可重复直至被停止以继续控制颤动。单个轧机机座(例如，图1的机座102)可对其每个液压缸执行过程400，诸如对将力供应至工作辊的相对端的一对液压缸中的每个执行过程400。
图5是描绘根据本公开的某些方面的数学模型500的方框图，所述数学模型500用于基于通过监测液压缸中的压力确定的辊堆速度而确定所需的阻尼力的大小。模型500是示例性模型，并且因此可在不偏离本公开的概念的情况下对模型作出改变或变动。下文关于模型500公开的概念可应用于轧机机座(例如，图1的机座102)，诸如通过图4的过程400。如图5中所见，虚线右边的元件表示轧机机座元件的模型，而虚线左边的元件表示颤动控制元件的模型。在一些情况下，轧制力液压间隙缸油柱可被视为轧机机座元件。
液压缸(例如，轧制力缸或图1的缸126)的钻孔压力可用于确定用于控制缸位置的控制方案中的缸速(例如，缸或工作辊的垂直移动)。钻孔压力的变化与钻孔体积的变化相关，如方程式2中所见，其中ΔP表示压力的变化，Bm表示液压流体的体积模量，Δv表示钻孔体积的变化，并且V表示液压流体在该时间点的标称体积。
方程式2
扩展方程式2产生如方程式3中所见的缸速和缸压力的变化速率之间的关系，其中表示缸的线性速度，A表示缸的面积，并且表示压力随时间的变化。
方程式3
模型500通过以下动作来得出这个关系：在点502处获得表示辊堆的线性速度的信号和在504处将该信号域钻孔面积相乘，以及然后在506处将其与液压流体的标称体积内的液压流体的体积模量相乘。所得压力信号可被输入至求和方框508。
来自求和方框508的压力信号可在510处通过低通滤波器(例如，1000Hz低通滤波器)并且然后在512处通过高通滤波器(例如，200Hz高通滤波器)。所得信号可在514处与体积模量内的钻孔体积相乘以确定速度信号。此速度信号表示缸和/或工作辊的所观察到的线性速度。速度信号可在516处任选地与可调整增益相乘。所得信号可在518处供应至致动器极限函数以确定产生某个大小的力的致动器信号。所述致动器信号可供致动器使用来改变钻孔体积。力可在520处与在标称体积内的体积模量相乘以确定由压电致动器(例如，压电辅助装置)的致动给予的压力变化。此压力信号可被发送至求和方框508。
模块500通过以下动作完成：从求和方框508获得压力信号，在522处将其与钻孔面积相乘，以及在求和方框524处将其重新引入回至轧机机座元件，其中其提供除在526处建模的任何自然阻尼以外的另外阻尼。
用于确定通过压电致动器施加什么样的力的回路方程式在方程式4中可见，其中FD表示由压电致动器产生的力，并且Kc表示控制回路增益。
方程式4
方程式4可被减至以下方程式5。
方程式5
使阻尼力与缸速相关的传递函数可仅包括低通滤波器。因此，另外的阻尼因数可被视为常数，如方程式6中所见。
方程式6
因此，调整液压缸的标称体积的压电辅助装置可用于将阻尼(D)保持为正。
图6是描绘根据本公开的某些方面的通过监测轧机机座中的条进入张力而减小颤动的过程600的流程图。过程600可关于轧机机座的任何或所有液压缸使用，包括图1的机座。
在方框602处，测量条进入张力。条进入张力是当金属条进入轧机机座的工作辊之间的辊缝时金属条的张力。可以任何方式测量条进入张力，包括通过使用压力感测辊和/或由负荷传感器支撑的辊。可使用测量条进入张力的其它方式。在方框604处，基于所测量的进入条张力而确定工作辊的垂直移动。可如本文所述计算工作辊的垂直移动。工作辊的垂直移动可大约与液压缸(例如，液压缸的棒)的垂直移动相同。
在方框606处，确定通过压电辅助装置施加的校正力的量。可计算此确定以维持正的阻尼大小。在方框608处，基于通过压电辅助装置施加所需的校正力的大小而确定压电辅助装置的控制信号。在方框610处，通过压电辅助装置将校正力施加至液压致动器的流体腔室。控制信号在被压电辅助装置接收时，引起压电辅助装置变形以增加或减小液压致动器的流体腔室的体积，因此增加或减小液压缸内的压力。
在一些情况下，过程600可重复直至被停止以继续控制颤动。单个轧机机座(例如，图1的机座102)可对其每个或全部液压缸执行过程600。
图7是描绘根据本公开的某些方面的数学模型700的方框图，所述数学模型700用于基于通过监测条进入张力确定的辊堆速度而确定所需的阻尼力的大小。模型700是示例性模型，并且因此可在不偏离本公开的概念的情况下对模型作出改变或变动。下文关于模型700公开的概念可应用于轧机机座(例如，图1的机座102)，诸如通过图6的过程600。如图7中所见，虚线右边和下方的元件表示颤动控制元件的模型，而虚线左边和上方的元件表示轧机机座元件的模型。
条进入张力(例如，当金属条进入轧机机座的工作辊之间的辊缝时金属条的张力)与辊堆速度相关(例如，工作辊或液压缸的线性速度)。随着辊隙打开和关闭，条的速度如由质量守恒所指示而变化。辊隙产生条厚度变动，其迫使根据方程式7的进入条速度的变化，其中Δve表示进入速度的变化，Δhx表示离开厚度的变化，Vx表示离开条速度，并且He表示进入条厚度。由于条宽度变化在冷轧期间通常可忽略，所以可忽略条宽度。
方程式7
速度变化产生进入条应变的微小变化，所述微小变化可根据方程式8表达，其中L表示张力区的长度，并且Ve表示条在张力区(例如，机座间区域)中的平均速度。
方程式8
条长和条速的比率表示条在张力区中的经过时间。
条应力的变化可通过任何合适的张力测量装置测量。对应于张力的信号可以数学方式区分并且结果可驱动压电辅助装置改变液压缸的流体腔室的体积。
模型700得出条张力与轧机机座的阻尼之间的这个关系。表示辊堆的线性速度的信号在点702处获得并且在704处被整合以确定位置。所得信号在706处与常数相乘并且然后在708处与进入速度内的条弹性相乘以确定应力信号。在708处，Tt是张力区中的输送延迟(例如，如果长度是5米并且速度是5m/s，那么输送延迟为1秒)。708将条离开轧机时的规格的变化考虑在内，因为规格的变化将影响条的弹性。在710处，应力信号与条的截面相乘以确定力信号。所述力信号可在712处通过低通滤波器并且在714处通过高通滤波器以确定速度信号。此速度信号表示缸和/或工作辊的所观察到的线性速度。速度信号可在716处任选地与可调整增益相乘。所得信号可在718处供应至致动器极限函数以确定产生某个大小的力的致动器信号。所述致动器信号可供致动器使用来改变钻孔体积。力可在720处与在标称体积内的体积模量相乘以确定由压电致动器(例如，压电辅助装置)的致动给予的压力变化。此压力信号可在722处与钻孔面积相乘以确定力信号。
模块700通过以下动作完成：从722获得力信号，以及在总和方框724处将其重新引入回至轧机机座元件，其中其提供除在726处建模的任何自然阻尼以外的另外阻尼。
因此，可使用张力测量装置来测量条的张力并且所测量的张力可用于确定通过压电辅助装置施加的力。
忽略传感器滤波器，回路方程式示于方程式9中。
方程式9
通过控制器的衍生特征取消速度的整合可产生与感兴趣的频率范围中的辊隙速度成比例的阻尼力。
因此，调整液压缸的标称体积的压电辅助装置可用于将阻尼(D)保持为正。
在一些情况下，颤动可因此通过提供过程阻尼而减轻。过程阻尼可为与辊堆的垂直速度成比例的力。轧制力液压致动器压力或进入(例如，机座间)张力可用于确定辊堆的垂直速度。与辊堆垂直速度成比例的力可使用压电致动器(例如，压电辅助装置)产生。此力可提供另外的阻尼，从而增加轧机的(第三倍频)无颤动的速度。
附图中所描绘或上文所述的部件的不同布置以及未示出或未描述的部件和步骤是可能的。类似地，一些特征和子组合是有利的并且可不参考其它特征和子组合而使用。
上文对实施例(包括说明性实施例)的描述已经仅出于说明和描述目的而呈现，并且不旨在详尽或限于所公开的精确形式。本领域中的技术人员将明白其大量修改、调适和使用。
如下文所使用，对一系列实施例的任何引用将被理解为对那些实施例中每个进行分离地引用(例如，“实例1-4”将被理解为“实例1、2、3或4”)。
实施例1是具有轧制力液压缸的两个(或更多个)机座串列式冷轧机，轧制力液压缸包括液压流体体积，所述串列式冷轧机包括：压力传感器，其耦接至轧制力液压缸以测量轧制力液压缸内的压力；压电致动器，其耦接至轧制力液压缸以作用于液压流体的体积；以及控制系统，其用于响应于以通常在大约90-300赫兹的范围中的第三倍频轧机机座谐振频率发生的机座间条张力干扰而控制压电致动器。
实施例2是用于处理金属条并且具有轧制力液压缸的两个(或更多个)机座串列式冷轧机，所述金属条具有进入条张力，所述轧制力液压缸包括液压流体体积，所述串列式冷轧机包括：传感器，其用于测量进入条张力；压电致动器，其耦接至轧制力液压缸以作用于液压流体的体积；以及控制系统，其用于响应于以通常在大约90-300赫兹的范围中的第三倍频轧机机座谐振频率下发生的机座间条张力干扰而控制压电致动器。
实施例3是实施例1所述的轧机，其中第三倍频轧机机座谐振的频率通常在大约90-200赫兹的范围中。
实施例4是实施例2所述的轧机，其中第三倍频轧机机座谐振的频率通常在大约90-200赫兹的范围中。
实施例5是具有轧制力液压缸的冷轧机，所述轧制力液压缸包括液压流体的体积，所述冷轧机包括：压力传感器，其耦接至轧制力液压缸以测量轧制力液压缸内的压力；压电致动器，其耦接至轧制力液压缸以作用于液压流体的体积；以及控制系统，其用于响应于以通常在大约90-300赫兹的范围中的第三倍频轧机机座谐振频率发生的干扰而控制压电致动器。
实施例6是一种控制冷轧机中以通常在大约90-300赫兹的范围中的第三倍频轧机机座谐振的频率发生的自持式干扰的方法，所述冷轧机具有轧制力液压缸，所述轧制力液压缸包括液压流体的体积，所述方法包括：测量轧制力液压缸中的液压流体的压力，计算液压流体压力的期望变化以及响应于通常在大约90-300赫兹的范围中的第三倍频轧机机座谐振的频率发生的机座间条张力干扰产生控制信号，以及将控制信号供应至压电致动器，所述压电致动器耦接至轧制力液压缸以作用于液压流体的体积。
实施例7是一种控制冷轧机中以通常在约90-300赫兹的范围中的第三倍频轧机机座谐振的频率发生的自持式干扰的方法，所述冷轧机具有轧制力液压缸，所述轧制力液压缸包括液压流体的体积，所述方法包括：测量进入条张力，计算液压流体压力的期望变化和响应于以通常在大约90-300赫兹的范围中的第三倍频轧机机座谐振的频率发生的机座间条张力干扰产生控制信号，以及将控制信号供应至压电致动器，所述压电致动器耦接至轧制力液压缸以作用于液压流体的体积。
实施例8是具有减小的颤动的冷轧机，所述冷轧机包括轧机机座，所述轧机机座具有上工作辊和下工作辊，金属条可在上工作辊和下工作辊之间经过，所述轧机机座包括：液压缸，其机械地耦接以提供轧制力给上工作辊；压电辅助装置，其耦接至液压缸以改变液压缸的流体腔室的体积；和控制器，其耦接至选自由液压缸的压力传感器和条张力传感器组成的组的传感器，其中所述控制器进一步耦接至压电辅助装置以响应于上工作辊的线性移动而引发流体腔室的体积的变化。
实施例9是实施例8所述的轧机，其中所述压电辅助装置耦接至所述液压缸以按大约90赫兹或高于大约90赫兹的速率改变液压缸的流体腔室的体积。
实施例10是实施例8或9所述的轧机，其中所述传感器是压力传感器并且所述控制器可操作以基于来自压力传感器的信号确定上工作辊的线性移动。
实施例11是实施例8或9所述的轧机，其中所述传感器是条张力传感器并且所述控制器可操作以基于来自条张力传感器的信号确定上工作辊的线性移动。
实施例12是实施例11所述的轧机，其中所述条张力传感器是耦接至可定位成靠近轧机机座的辊的至少一个负荷传感器。
实施例13是实施例8-12所述的轧机，其中所述控制器包括用于滤除低于大约90赫兹的信号的高通滤波器。
实施例14是一种方法，其包括使金属条在轧机机座的上工作辊和下工作辊之间经过；通过液压缸将轧制力施加至上工作辊；测量轧机机座的参数，其中所述参数是液压缸的液压或条的进入张力；使用所述参数确定上工作辊的垂直移动；以及响应于上工作辊的垂直移动而致动压电辅助装置以改变液压缸的体积。
实施例15是实施例14所述的方法，其进一步包括基于所述上工作辊的垂直移动而确定将施加至上工作辊的校正力，其中致动所述压电辅助装置是基于所述确定的校正力而进行。
实施例16是实施例14或15所述的方法，其中按大约90赫兹或高于大约90赫兹的速度执行致动压电辅助装置。
实施例17是实施例14至16所述的方法，其中所述参数是液压缸的液压压力。
实施例18是实施例14至16所述的方法，其中所述参数是条的进入张力。
实施例19是实施例14至18所述的方法，其中确定所述上工作辊的垂直移动包括排除低于大约90赫兹下发生的移动。
实施例20是实施例14至19所述的方法，其进一步包括响应于所述上工作辊的垂直移动而计算液压缸的液压流体压力的期望变化，其中致动所述压电辅助装置是基于液压流体压力的所述计算的期望变化而进行。
实施例21是实施例20所述的方法，其中计算所述期望变化来减小轧机机座的第三倍频振动。
实施例22是一种方法，其包括使金属条在轧机机座的上工作辊和下工作辊之间经过；通过具有液压流体的体积的液压缸将轧制力施加至上工作辊；确定上工作辊在第三倍频范围中的垂直移动，其中确定所述垂直移动包括基于液压流体的压力或金属条的进入张力的测量而计算垂直移动；计算液压流体的压力的期望变化；以及基于所述计算的期望变化施加力至液压流体的体积，其中施加力至液压流体的体积包括致动耦接至液压缸的压电致动器。
实施例23是实施例22所述的方法，其进一步包括感测所述液压流体的压力，其中所述垂直移动是基于所述液压流体的所感测的压力而计算。
实施例24是实施例22所述的方法，其进一步包括感测所述金属条的进入张力，其中所述垂直移动是基于所述金属条的所感测的进入张力而计算。
实施例25是实施例22-24所述的方法，其中确定所述上工作辊的垂直移动包括滤除低于大约90赫兹的移动。
实施例26是实施例22-25所述的方法，其中按大约90赫兹或高于大约90赫兹的速度执行将力施加至液压流体的体积。
实施例27是实施例22-26所述的方法，其中计算所述期望变化来减小轧机机座的第三倍频振动。

Claims (20)

1.一种具有减小的颤动的冷轧机，其包括：
轧机机座，其具有上工作辊和下工作辊，金属条可在上工作辊和下工作辊之间经过，所述轧机机座包括液压缸，所述液压缸机械地耦接以对所述上工作辊提供轧制力；
压电辅助装置，其耦接至所述液压缸以改变所述液压缸的流体腔室的体积；和
控制器，其耦接至传感器，所述传感器选自由所述液压缸的压力传感器和条张力传感器组成的组，其中所述控制器进一步耦接至所述压电辅助装置以响应于所述上工作辊的线性移动而引发所述流体腔室的所述体积的变化，以驱动所述压电辅助装置以便维持正阻尼。
2.根据权利要求1所述的冷轧机，其中所述压电辅助装置耦接至所述液压缸以按90赫兹或高于90赫兹的速率改变所述液压缸的所述流体腔室的所述体积。
3.根据权利要求1所述的冷轧机，其中所述传感器是所述压力传感器并且所述控制器可操作以基于来自所述压力传感器的信号确定所述上工作辊的线性移动。
4.根据权利要求1所述的冷轧机，其中所述传感器是所述条张力传感器并且所述控制器可操作以基于来自所述条张力传感器的信号确定所述上工作辊的线性移动。
5.根据权利要求4所述的冷轧机，其中所述条张力传感器是耦接至可定位成靠近所述轧机机座的辊的至少一个负荷传感器。
6.根据权利要求1所述的冷轧机，其中所述控制器包括用于滤除低于90赫兹的信号的高通滤波器。
7.一种使用根据权利要求1所述的轧机的方法，其包括：
使所述金属条在所述轧机机座的所述上工作辊和所述下工作辊之间经过；
通过所述液压缸将轧制力施加至所述上工作辊；
测量所述轧机机座的参数，其中所述参数是所述液压缸的液压压力或所述金属条的进入张力；
使用所述参数确定所述上工作辊的竖直移动；以及
致动所述压电辅助装置以响应于所述上工作辊的所述竖直移动而改变所述液压缸的体积，以在轧机机座中维持正的阻尼大小。
8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括基于所述上工作辊的所述竖直移动而确定将施加至所述上工作辊的校正力，其中致动所述压电辅助装置是基于所述校正力而进行，其中，校正力被计算以在轧机机座中维持正的阻尼大小。
9.根据权利要求7所述的方法，其中按90赫兹或高于90赫兹的速度执行致动所述压电辅助装置。
10.根据权利要求7所述的方法，其中所述参数是所述液压缸的所述液压压力。
11.根据权利要求7所述的方法，其中所述参数是所述金属条的所述进入张力。
12.根据权利要求7所述的方法，其中确定所述上工作辊的所述竖直移动包括排除在低于90赫兹下发生的移动。
13.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括响应于所述上工作辊的所述竖直移动而计算所述液压缸的液压流体压力的期望变化，其中致动所述压电辅助装置是基于液压流体压力的所述期望变化而进行。
14.根据权利要求13所述的方法，其中计算所述期望变化来减小所述轧机机座的第三倍频振动。
15.一种使用根据权利要求1所述的轧机的方法，其包括：
使所述金属条在所述轧机机座的所述上工作辊和所述下工作辊之间经过；
通过具有液压流体体积的所述液压缸将轧制力施加至所述上工作辊；
基于所述液压流体的压力或所述金属条的进入张力的测量而确定所述上工作辊的竖直移动；
确定通过压电辅助装置施加的校正力的大小，以在轧机机座中维持正的阻尼大小；以及
基于所确定的校正力的大小施加力至所述液压流体体积，其中施加力至所述液压流体体积包括致动耦接至所述液压缸的压电致动器，其中所述压电辅助装置包括所述压电致动器。
16.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括感测所述液压流体的所述压力，其中所述竖直移动是基于所述液压流体的所述感测的压力而计算。
17.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括感测所述金属条的所述进入张力，其中所述竖直移动是基于所述金属条的所述感测的进入张力而计算。
18.根据权利要求15所述的方法，其中确定所述上工作辊的所述竖直移动包括滤除低于90赫兹的移动。
19.根据权利要求15所述的方法，其中按90赫兹或高于90赫兹的速度执行将力施加至所述液压流体体积。
20.根据权利要求15所述的方法，其进一步包括响应于所述上工作辊的所述竖直移动而计算所述液压缸的液压流体压力的期望变化，其中致动所述压电辅助装置是基于液压流体压力的所计算的期望变化而进行，其中计算所述期望变化来减小所述轧机机座的第三倍频振动。
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