CN107913911B - 一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，轧制时不断采样带钢出口厚差，求取当前时刻和前N2‑1次时刻采样的带钢出口厚差的平均值；使用一阶滞后环节平滑处理出口厚差均值；求取一个采样周期的监视AGC速度补偿量；使用积分控制器得到监视AGC的速度补偿量；使用微分环节将速度补偿量转换为加速度补偿量；使用一阶滞后环节平滑处理加速度补偿量并限幅，转换为入口卷取机的加速转矩补偿量，将该转矩补偿量提供给入口卷取机的传动控制单元，由传动控制单元控制入口卷取机的转矩，即可实现在监视AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。本发明削弱了监视AGC和入口张力控制之间的强耦合关系，进而提高了整体厚度控制和张力控制的精度，提高了成材率。

Description

一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法及系统
技术领域
本发明属于轧机控制领域，具体涉及一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法及系统。
背景技术
冷轧机是通过被轧制的带钢将开卷机、转向辊、轧机机架及卷取机等全部机械连成了一个整体，构成张力轧制的工艺过程。因此，轧制张力是带钢生产过程中非常重要而且必须严格控制的参数。同时，带钢厚度是产品质量最重要的指标，因此在现代化冷轧机电控系统中，厚度控制和张力控制系统是必不可少的重要组成部分。
单机架可逆冷轧机的厚度控制系统一般包含有前馈、秒流量、监视三种厚度控制(Automatic Gauge Control)方式。其中秒流量AGC是反馈控制的主要方式，秒流量AGC基于变形区秒流量恒等法则，该法则的意思是机架前后金属的质量流恒定，又由于机架前后的带钢宽度基本一致，则带钢在机架前后的速度和厚度保持严格的比例关系，即：
Ven×hen＝Vex×hex
式中Ven－带钢入口速度；Vex－带钢出口速度；hen－带钢入口厚度；hex－带钢出口厚度。
由于激光测速仪的使用可以高精度地获得变形区入出口速度，再加上前置测厚仪，就可以没有滞后地计算出带钢出口厚度然后进行反馈控制，从而采用秒流量AGC可得到相当高的厚度精度。
但是由该公式可以看出，当厚度控制系统不断调节轧机辊缝以改变带钢厚度的时候，必然会影响带钢入口速度，进而造成入口张力产生误差，反过来，入口张力的误差又使得厚度误差无法完全得到补偿。只有经过较长的调整过程，等张力恢复到设定值范围内，厚度精度才能够达到要求。显然，厚度控制和张力控制有较强的耦合关系，如果不加以补偿，则带钢超差长度将大大增加，产品成材率下降，造成极大的浪费和成本的上升。
目前关于轧机厚度和张力的解耦控制方法多集中在理论研究上，有一些文献使用了智能解耦控制方法，如递归神经网络、多变量鲁棒解耦控制等，文中多是通过仿真试验证明其有效性，然而考虑到这些智能解耦算法的复杂性，难以在实际中应用。还有一种对角矩阵解耦控制方法解决该问题，并已在部分机组上使用，但该方法需要较精确的系统传递函数模型，而实际中的复杂系统往往是时变非线性的，该方法的控制精度会受到较大影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法及系统，使得监视AGC时减小入口张力的误差，提高监视AGC和入口张力控制的精度。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：带钢从入口卷取机开卷，经过入口转向辊后进入六辊轧机进行轧制，轧制后经过出口转向辊，卷取在出口卷取机上，带钢厚度控制在工艺PLC控制器中编程完成，工艺PLC控制器控制液压缸提供轧制力，将带钢轧制到要求厚度；入口和出口配置有用于测量带钢入出口厚度的入口测厚仪和出口测厚仪，入口和出口还配置有用于测量带钢入出口张力的入口张力计和出口张力计；带钢入口和出口速度由入口激光测速仪和出口激光测速仪测量；入出口卷取机和六辊轧机的传动由传动PLC控制器进行控制，入口张力也由传动PLC控制器通过调节入口卷取机进行控制，其中入口卷取机在起车和甩尾阶段处于转速控制模式，传动PLC控制器控制其转速达到设定值；等张力建立起来，开始正常轧制后，则入口卷取机切换到转矩控制模式，传动PLC控制器控制其转矩达到设定值；
本方法包括以下步骤：
S1、求取出口厚差均值：
轧制时不断采样带钢出口厚差，求取当前时刻和前N2-1次时刻采样的带钢出口厚差的平均值，即为出口厚差均值；
S2、使用一阶滞后环节平滑处理出口厚差均值；
S3、采用处理后的出口厚差均值，求取一个采样周期的监视AGC速度补偿量；
S4、根据一个采样周期的监视AGC速度补偿量，使用积分控制器得到监视AGC的速度补偿量；
S5、使用微分环节将速度补偿量转换为加速度补偿量；
S6、使用一阶滞后环节平滑处理加速度补偿量并限幅；
S7、将限幅后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量，将该转矩补偿量提供给入口卷取机的传动控制单元，由传动控制单元控制入口卷取机的转矩，即可实现在监视AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。
按上述方法，所述的N2-1≤5。
按上述方法，所述的S2具体为：
离散化的PT1环节算法为：
式中，Ypt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Ypt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；TS为传动PLC控制器的采样时间；TPT1为PT1环节时间常数；Xn为当前时刻出口厚差均值；Xn-1为上一时刻出口厚差均值；
经PT1环节处理后的出口厚差均值设为ΔhMON。
按上述方法，所述的TPT1取值为：其中Lex为六辊轧机的辊缝至出口测厚仪之间的距离；Vex为带钢出口速度实际值。
按上述方法，所述的S3具体为：
按下式求取一个采样周期的监视AGC速度补偿量ΔVMON.one：
式中，GMON为监视AGC自适应增益；ΔhMON为经PT1环节处理后的出口厚差均值；hset为带钢入口厚度设定值，Ven,set为带钢入口速度设定值。
按上述方法，所述的S7将限幅后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量的具体过程为：
ΔTMON＝2×ΔAMON×Jcoiler/Dcoiler
式中，ΔTMON为入口卷取机的加速转矩补偿量，ΔAMON为限幅后的加速度补偿量，Jcoiler为入口卷取机的惯量，Dcoiler为入口卷取机卷径实时值。
一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿系统，其特征在于：它包括存储器，存储器中设有PLC程序能够供传动PLC控制器调用，从而完成所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法。
本发明的有益效果为：首先求取若干次带钢出口厚差的平均值，然后使用一阶滞后环节PT1进一步地平滑出口厚差均值，进而依据平滑后的出口厚差均值计算出一个采样周期的速度补偿值，并使用积分控制器初步计算出速度补偿值。再使用微分环节将速度补偿值转换为加速度补偿值，考虑到加速度补偿值波动较大且在极端情况下可能取值很大，有必要使用一阶滞后环节加以平滑并使用限幅器限制幅值，最后乘以卷取机惯量得到入口卷取机的加速转矩补偿量，通往传动控制单元，就实现了这种监视AGC对入口张力的前馈补偿，最终实现了根据监视AGC控制量对入口张力的精确预控，削弱了监视AGC和入口张力控制之间的强耦合关系，进而提高了整体厚度控制和张力控制的精度，提高了成材率。
附图说明
图1为单机架六辊冷轧机及主要控制元件示意图。
图2为本发明一实施例的方法流程图。
图中：1-入口卷取机，2-入口转向辊，3-入口张力计，4-入口测厚仪，5-液压缸，6-入口激光测速仪，7-带钢，8-六辊轧机，9-传动PLC控制器，10-出口激光测速仪，11-出口测厚仪，12-出口张力计，13-出口转向辊，14-工艺PLC控制器，15-出口卷取机。
具体实施方式
下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，带钢7从入口卷取机1开卷，经过入口转向辊2后进入六辊轧机8进行轧制，轧制后经过出口转向辊13，卷取在出口卷取机15上，带钢7厚度控制在工艺PLC控制器14中编程完成，工艺PLC控制器14控制液压缸5提供轧制力，将带钢7轧制到要求厚度；入口和出口配置有用于测量带钢7入出口厚度的入口测厚仪4和出口测厚仪11，入口和出口还配置有用于测量带钢7入出口张力的入口张力计3和出口张力计12；带钢7入口和出口速度由入口激光测速仪6和出口激光测速仪10测量；入出口卷取机1、15和六辊轧机8的传动由传动PLC控制器9进行控制，入口张力也由传动PLC控制器9通过调节入口卷取机进行控制，其中入口卷取机1在起车和甩尾阶段处于转速控制模式，传动PLC控制器9控制其转速达到设定值；等张力建立起来，开始正常轧制后，则入口卷取机1切换到转矩控制模式，传动PLC控制器9控制其转矩达到设定值。
本发明提供一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、求取出口厚差均值：
轧制时不断采样带钢出口厚差，求取当前时刻和前N2-1次时刻采样的带钢出口厚差的平均值，即为出口厚差均值本实施例中N2-1≤5。
S2、使用一阶滞后环节平滑处理出口厚差均值；S2具体为：
离散化的PT1环节算法为：
式中，Ypt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Ypt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；TS为传动PLC控制器的采样时间；TPT1为PT1环节时间常数；Xn为当前时刻出口厚差均值；Xn-1为上一时刻出口厚差均值；
经PT1环节处理后的出口厚差均值设为ΔhMON。
所述的TPT1取值为：其中Lex为六辊轧机的辊缝至出口测厚仪之间的距离；Vex为带钢出口速度实际值。
S3、采用处理后的出口厚差均值，求取一个采样周期的监视AGC速度补偿量。S3具体为：
按下式求取一个采样周期的监视AGC速度补偿量ΔVMON.one：
式中，GMON为监视AGC自适应增益，该增益可根据出口厚差的大小自适应调整，即预先设置一个标准增益，当带钢出口厚差较小时(在指定范围内)使用标准增益，当带钢出口厚差超出指定范围则提高增益值，若带钢出口厚差超出指定范围数倍则大幅提高增益值；ΔhMON为经PT1环节处理后的出口厚差均值；hset为带钢入口厚度设定值，Ven,set为带钢入口速度设定值。
S4、根据一个采样周期的监视AGC速度补偿量，使用积分控制器得到监视AGC的速度补偿量。使用积分控制器得到监视AGC的速度补偿量：
ΔVMON＝INT(ΔVMON,one)
式中，INT表示积分控制器，积分时间参数为可调参数，需根据实际情况适当地设置。
S5、使用微分环节将速度补偿量转换为加速度补偿量。
使用微分环节将速度补偿量转换为加速度补偿量：
ΔAMON,ini＝DIF(ΔVMON)
式中，ΔAMON,ini为初步计算出来的监视AGC的加速度补偿量，DIF为微分环节，微分时间参数为可调参数，需根据实际情况适当地设置。
S6、使用一阶滞后环节平滑处理加速度补偿量并限幅。使用一阶滞后环节PT1来平滑处理加速度补偿量ΔAMON,ini，其中PT1环节的时间参数为可调参数，需根据实际情况适当地设置，然后加上适当的限幅后得到ΔAMON。
S7、将限幅后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量，将该转矩补偿量提供给入口卷取机的传动控制单元，由传动控制单元控制入口卷取机的转矩，即可实现在监视AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。
将限幅后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量的具体过程为：
ΔTMON＝2×ΔAMON×Jcoiler/Dcoiler
式中，ΔTMON为入口卷取机的加速转矩补偿量，ΔAMON为限幅后的加速度补偿量，Jcoiler为入口卷取机的惯量，Dcoiler为入口卷取机卷径实时值。
本发明还提供一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿系统，包括存储器，存储器中设有PLC程序能够供传动PLC控制器调用，从而完成所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法。
本发明实现了根据监视AGC控制量对入口张力的精确预控，削弱了监视AGC和入口张力控制之间的强耦合关系，进而提高了整体厚度控制和张力控制的精度，提高了成材率。本方法可直接在基础自动化PLC中编程完成，实现简便，为解决冷轧机厚度控制和张力控制的耦合问题提供了一种工程上实用的方法。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：带钢从入口卷取机开卷，经过入口转向辊后进入六辊轧机进行轧制，轧制后经过出口转向辊，卷取在出口卷取机上，带钢厚度控制在工艺PLC控制器中编程完成，工艺PLC控制器控制液压缸提供轧制力，将带钢轧制到要求厚度；入口和出口配置有用于测量带钢入出口厚度的入口测厚仪和出口测厚仪，入口和出口还配置有用于测量带钢入出口张力的入口张力计和出口张力计；带钢入口和出口速度由入口激光测速仪和出口激光测速仪测量；入出口卷取机和六辊轧机的传动由传动PLC控制器进行控制，入口张力也由传动PLC控制器通过调节入口卷取机进行控制，其中入口卷取机在起车和甩尾阶段处于转速控制模式，传动PLC控制器控制其转速达到设定值；等张力建立起来，开始正常轧制后，则入口卷取机切换到转矩控制模式，传动PLC控制器控制其转矩达到设定值；
本方法包括以下步骤：
S1、求取出口厚差均值：
轧制时不断采样带钢出口厚差，求取当前时刻和前N2-1次时刻采样的带钢出口厚差的平均值，即为出口厚差均值；
S2、使用一阶滞后环节平滑处理出口厚差均值；
S3、采用处理后的出口厚差均值，求取一个采样周期的监视AGC速度补偿量；
S4、根据一个采样周期的监视AGC速度补偿量，使用积分控制器得到监视AGC的速度补偿量；
S5、使用微分环节将速度补偿量转换为加速度补偿量；
S6、使用一阶滞后环节平滑处理加速度补偿量并限幅；
S7、将限幅后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量，将该转矩补偿量提供给入口卷取机的传动控制单元，由传动控制单元控制入口卷取机的转矩，即可实现在监视AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。
2.根据权利要求1所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：所述的N2-1≤5。
3.根据权利要求1所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：所述的S2具体为：
离散化的PT1环节算法为：
式中，Ypt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Ypt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；TS为传动PLC控制器的采样时间；TPT1为PT1环节时间常数；Xn为当前时刻出口厚差均值；Xn-1为上一时刻出口厚差均值；
经PT1环节处理后的出口厚差均值设为ΔhMON。
4.根据权利要求3所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：所述的TPT1取值为：其中Lex为六辊轧机的辊缝至出口测厚仪之间的距离；Vex为带钢出口速度实际值。
5.根据权利要求1所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：所述的S3具体为：
按下式求取一个采样周期的监视AGC速度补偿量ΔVMON.one：
式中，GMON为监视AGC自适应增益；ΔhMON为经PT1环节处理后的出口厚差均值；hset为带钢入口厚度设定值，Vex,set为带钢入口速度设定值。
6.根据权利要求1所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：所述的S7将限幅后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量的具体过程为：
ΔTMON＝2×ΔAMON×Jcoiler/Dcoiler
式中，ΔTMON为入口卷取机的加速转矩补偿量，ΔAMON为限幅后的加速度补偿量，Jcoiler为入口卷取机的惯量，Dcoiler为入口卷取机卷径实时值。
7.一种监视厚度控制对入口张力的前馈补偿系统，其特征在于：它包括存储器，存储器中设有PLC程序能够供传动PLC控制器调用，从而完成权利要求1至6中任意一项所述的监视厚度控制对入口张力的前馈补偿方法。
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