CN108057720B - 一种秒流量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

本发明提供一种秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，将入口测厚仪测量的带钢入口厚度延时至轧机辊缝处；根据秒流量方程预计算带钢出口厚度值；根据带钢出口厚度值与出口厚度设定值之间的误差，求取一个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量；根据每个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量，使用比例积分控制器得到秒流量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，实现在秒流量AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。本发明削弱了秒流量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

一种秒流量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，具体涉及一种秒流量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：提供一种秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿方法及系统，使得秒流量AGC时减小入口张力的误差，提高秒流量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：一种秒流量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、将入口测厚仪测量的带钢入口厚度延时至轧机辊缝处；
S2、根据秒流量方程预计算带钢出口厚度值；
S3、根据S2计算的带钢出口厚度值与出口厚度设定值之间的误差，求取一个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量；
S4、根据每个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量，使用比例积分控制器得到秒流量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S6处理后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量，并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，实现在秒流量AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。
按上述方法，所述的S6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PT1环节当前时刻的输入值，在这里是当前时刻S5得到的加速度补偿量；Xn-1为上一时刻S5得到的加速度补偿量；
然后对Ypt1(n)进行限幅处理。
按上述方法，所述的TPT1取值为40ms。
按上述方法，所述的S7采用以下公式进行转换：
ΔTMF＝2×ΔAMF×Jcoiler/Dcoiler
式中，ΔTMF为秒流量AGC的加速转矩补偿量，ΔAMF为处理后的加速度补偿量，Jcoiler为入口卷取机的惯量，Dcoiler为入口卷取机卷径实时值。
一种单机架冷轧机中的秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿系统，其特征在于：本系统包括存储器，存储器中包含有PLC程序供传动PLC控制器调用，从而完成所述的单机架冷轧机中的秒流量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：首先将轧机入口测厚仪测量的带钢入口厚度延时至轧机辊缝处，然后依据秒流量方程，通过延时的入口厚度和带钢入出口速度计算出带钢的出口厚度；进而依据带钢出口厚度差计算出一个采样周期的速度补偿值，并使用比例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，就实现了这种秒流量AGC对入口张力的前馈补偿，本发明实现了根据秒流量AGC控制量对入口张力的精确预控，削弱了秒流量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。
本发明提供一种秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，包括以下步骤：
S1、将入口测厚仪测量的带钢入口厚度延时至轧机辊缝处；
将入口测厚仪处测得的带钢入口厚度延时至轧机的辊缝处，延时时间为延时后得到的入口厚度设为Hen,del。
S2、根据秒流量方程预计算带钢出口厚度值；
式中，hMF,calc为秒流量方程计算的带钢出口厚度值；Ven为带钢入口速度实际值；Vex为带钢出口速度实际值。
S3、根据S2计算的带钢出口厚度值与出口厚度设定值之间的误差，求取一个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量ΔVMF.one；
式中，hset为带钢出口厚度设定值，Vex,set为带钢出口速度设定值。
S4、根据每个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量，使用比例积分控制器得到秒流量AGC的速度补偿量。
ΔVMF＝PIC(ΔVMF,one)
式中，PIC表示比例积分控制器，其比例系数和积分时间需根据现场实际情况适当调节。
S5、使用微分环节将速度补偿量转换为加速度补偿量；
ΔAMF,ini＝DIF(ΔVMF)
式中，ΔAMF,ini为初步计算出来的秒流量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。
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，为平滑处理后的加速度补偿量；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，取值为40ms；Xn为PT1环节当前时刻的输入值，在这里是当前时刻S5得到的加速度补偿量；Xn-1为上一时刻S5得到的加速度补偿量；
然后对Ypt1(n)进行限幅处理，得到ΔAMF。
S7、将S6处理后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量，并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，实现在秒流量AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。
采用以下公式进行转换：
ΔTMF＝2×ΔAMF×Jcoiler/Dcoiler
式中，ΔTMF为秒流量AGC的加速转矩补偿量，ΔAMF为处理后的加速度补偿量，Jcoiler为入口卷取机的惯量，Dcoiler为入口卷取机卷径实时值。
一种单机架冷轧机中的秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿系统，包括存储器，存储器中包含有PLC程序供传动PLC控制器调用，从而完成所述的单机架冷轧机中的秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿方法。
本发明实现了根据秒流量AGC控制量对入口张力的精确预控，削弱了秒流量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。该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 (5)

1.一种秒流量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由传动PLC控制器进行控制，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、将入口测厚仪测量的带钢入口厚度延时至轧机辊缝处；
S2、根据秒流量方程预计算带钢出口厚度值；
S3、根据S2计算的带钢出口厚度值与出口厚度设定值之间的误差，求取一个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量；
S4、根据每个采样周期内的秒流量AGC速度补偿量，使用比例积分控制器得到秒流量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S6处理后的加速度补偿量转换为入口卷取机的加速转矩补偿量，并提供给入口卷取机的传动PLC控制器，由传动PLC控制器控制入口卷取机的转矩，实现在秒流量AGC使能时对入口张力进行前馈补偿。
2.根据权利要求1所述的秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿方法，其特征在于：所述的S6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PT1环节当前时刻的输入值，在这里是当前时刻S5得到的加速度补偿量；Xn-1为上一时刻S5得到的加速度补偿量；
然后对Ypt1(n)进行限幅处理。
3.根据权利要求2所述的秒流量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40ms。
4.根据权利要求1所述的秒流量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采用以下公式进行转换：
ΔTMF＝2×ΔAMF×Jcoiler/Dcoiler
式中，ΔTMF为秒流量AGC的加速转矩补偿量，ΔAMF为处理后的加速度补偿量，Jcoiler为入口卷取机的惯量，Dcoiler为入口卷取机卷径实时值。
5.一种秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿系统，其特征在于：本系统包括存储器，存储器中包含有PLC程序供传动PLC控制器调用，从而完成权利要求1至4中任意一项所述的秒流量厚度控制对入口张力的前馈补偿方法。
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