CN108994087A - 一种乳化液分段冷却的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种乳化液分段冷却的控制方法，包括以下步骤：S1、获取带钢各测量段的平直度，对测量值进行平滑处理；S2、对板形测量值进行滤波处理；S3、计算板形误差；S4、根据给定的乳化液分段冷却控制周期T，计算板形误差平均值；S5、确定乳化液分段冷却喷嘴的开闭状态。本发明与应用广泛的模糊控制方法相比，具有控制原理简单，程序量小，易于移植和易于维护等优点，并且具有更好的控制效果。

Description

一种乳化液分段冷却的控制方法

技术领域

本发明属于板带材冷轧技术领域，特别是涉及一种乳化液分段冷却的控制方法。

背景技术

在配备有板形反馈控制系统的冷轧机组中，无论是单机架可逆式冷轧机还是冷连轧机组的末机架轧机，均在轧机的入口配置有工作辊乳化液分段冷却喷嘴，通过单独控制每个喷嘴的开闭来控制对应工作辊区域的热凸度变化，从而有效消除不规则板形、高次板形缺陷以及通过机械式板形调控机构(倾斜、弯辊、窜辊等)无法控制的板形缺陷，是一种滞后时间较长的控制方式。

目前，乳化液分段冷却控制主要采用两种思路，一种是根据残余板形误差来确定喷嘴的开闭状态，即每次需计算实测板形与目标板形的误差后再减去该周期内机械式板形调控机构(包括倾斜、弯辊、窜辊等)所消除的板形误差而得到残余板形误差，分段冷却控制作为辅助手段在机械式执行机构完成调控后才开始动作，仅用于消除机械式板形调控机构无法控制的板形缺陷，属于串行的控制方式。由于板形调控机构的功效系数精度难以保证，加上乳化液分段冷却的控制滞后时间较长，计算得到的残余板形误差并不准确，从而导致板形控制效果不佳；另一种是将分段冷却与其他机械式板形调控机构一起参与实时板形控制，是一种并行的控制方式，此时工作辊分段冷却可用于消除各类板形缺陷，能够获得很好的板形控制效果。通常采用模糊控制算法，其缺点是控制原理复杂、程序量大，不便于在不同平台上移植，系统维护困难等。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种乳化液分段冷却的控制方法，用于解决现有技术中模糊控制算法的控制原理复杂、程序量大，不便于在不同平台上移植，系统维护困难等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种乳化液分段冷却的控制方法，包括以下步骤：

S1、获取带钢各测量段的平直度，对测量值进行平滑处理；

S2、对板形测量值进行滤波处理；

S3、计算板形误差；

S4、根据给定的乳化液分段冷却控制周期T，并计算板形误差平均值；

S5、确定乳化液分段冷却喷嘴的开闭状态。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S1中，采用的公式如下：

其中，为第i测量段上的实测平直度，IU；为经过平滑处理后的对应第i测量段上的平直度，IU；c₁～c₄为平滑系数；n_min和n_max分别为被带钢宽度覆盖的最小和最大有效测量段号；N为总的板形辊测量段数。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中，采用的公式如下：

Σ(k)＝βX(k)+(1-β)Σ(k-1) (2)

其中，Σ为经过滤波处理后的板形测量值向量，Σ＝[ε₁…ε_i…ε_N]，ε_i为第i测量段经过滤波处理后的板形测量值，IU；Σ(k-1)为上一周期经过滤波处理后得到的板形测量值向量；Σ(k)为本周期经过滤波处理后的板形测量值向量；X(k)为本周期经过平滑处理后的板形测量值向量；β为滤波系数。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S3中，根据实测的板形值和目标设定的板形分布，计算对应的板形误差

其中，ε_i为第i测量段上经过平滑和滤波处理后的实测平直度，IU；为第i测量段设定的目标平直度，IU；N为总的测量段数。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S4中，采用的公式如下：

其中，T₀为板形反馈控制系统的控制周期，ms；m为乳化液分段冷却控制周期数，由于T一般为T_o的整数倍，m为正整数；为第i测量段的平均板形误差，IU；Δε_ij为第i测量段对应j周期时的板形误差，IU。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S5包括：

S51、采用排序算法对平均板形误差由大到小进行排序，形成新的平均板形误差向量对应的喷嘴编号保存在向量n中，其中的个数为p；

S52、根据设定的喷嘴开启比例和有效测量段数M来确定允许控制的最大喷嘴数q，即其中M＝n_max-n_min+1；

S53、计算实际开启的乳化液喷嘴个数g，g＝Min(p,q)，Min()为取小操作；

S54、分别打开向量n中前g个乳化液喷嘴，同时关闭其余所有喷嘴。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S51的排序算法包括：

S511、给定待排序的数组向量α、排序开始位置l和排序结束位置r；

S512、如果l≥r，退出；否则，假设：m＝(l+r)/2，p＝α[m]，i＝l，j＝r；

S513、当α[i]≥p，则i＝i+1；当α[j]＜p，则j＝j-1；

S514、如果i≤j，那么α[i]与α[j]交换，返回S513步，否则转S515步；

S515、确定p的位置，递归调用本函数对p值位置的左右两部分数据进行排序；

S516、输出排序后的结果α′。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S511中，所述排序开始位置l对应最小的有效测量段号。

在本发明的一些实施例中，所述步骤S511中，所述排序结束位置r对应最大的有效测量段号。

本发明第二方面提供一种用于乳化液分段冷却控制的计算机设备，包括存储器、处理器及存储在处理器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

S1、获取带钢各测量段的平直度，对测量值进行平滑处理；

S2、对板形测量值进行滤波处理；

S3、计算板形误差；

S4、根据给定的乳化液分段冷却控制周期T，计算板形误差平均值；

S5、确定乳化液分段冷却喷嘴的开闭状态。

如上所述，本发明的一种乳化液分段冷却的控制方法，具有以下有益效果：本发明与应用广泛的模糊控制方法相比，具有控制原理简单，程序量小，易于移植和易于维护等优点，并且具有更好的控制效果。

附图说明

图1显示为六辊冷轧机工作辊乳化液分段冷却控制示意图；

图2显示为分段冷却喷嘴布置示意图；

图3为本发明与模糊控制方法的板形控制效果对比图。

零件标号说明

1—带钢

2—工作辊

3—中间辊

4—支撑辊

5—板形辊

6—上排喷射梁

7—下排喷射梁

8—板形控制计算机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置；所有压力值和范围都是指绝对压力。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种新的乳化液分段冷却控制方法，其原理如下：首先对实测板形值进行平滑和滤波处理，然后与设定的目标板形进行对比获得板形误差分布，根据乳化液分段冷却控制周期来计算平均板形误差分布，最后对平均板形误差排序并考虑到乳化液喷嘴的开启比例后，确定各个喷嘴的开闭状态。本发明与应用广泛的模糊控制方法相比，具有控制原理简单，程序量小，易于移植和易于维护等优点，并且具有更好的控制效果。

如图1所示为配备了板形反馈控制系统的六辊冷轧机，包括带钢1、工作辊2、中间辊3、支撑辊4，板形辊5，上排喷射梁6，下排喷射梁7和板形控制计算机8。轧机出口的板形辊5测量到实时的板形分布后发送给板形控制计算机8，通过采用一定的数学模型和控制算法处理后，板形控制计算机8发出信号控制工作辊乳化液分段冷却上排喷射梁6和下排喷射梁7上喷嘴的开闭，从而控制工作辊轴向上的热凸度分布，进而达到控制带钢板形的目的。

如图2所示为乳化液分段冷却喷嘴布置的示意图，在带钢的上下侧分别布置有一根喷射梁，喷嘴安装在喷射梁上，喷嘴的编号按工作侧至传动侧的顺序由小到大。喷嘴的大小为52mm，通常与板形辊的测量段一一对应。喷嘴的数目则根据轧机生产的最大带钢宽度来确定，如生产最大带钢宽度为1250mm，则至少需要50个喷嘴(上下各25个喷嘴)。

本发明的实现包括以下步骤：

S1、实测板形值的平滑处理

其中，为第i测量段上的实测平直度，IU；为经过平滑处理后的对应第i测量段上的平直度，IU；c₁～c₄为平滑系数；n_min和n_max分别为被带钢宽度覆盖的最小和最大有效测量段号；N为总的板形辊测量段数。

S2、实测板形值的滤波处理

为了尽量减少偶然因素带来干扰信号的影响，对经过平滑处理后的板形测量值作以下的一阶低通滤波处理：

Σ(k)＝βX(k)+(1-β)Σ(k-1) (2)

其中，Σ为经过滤波处理后的板形测量值向量，Σ＝[ε₁…ε_i…ε_N]；Σ(k-1)为上一周期经过滤波处理后得到的板形测量值向量；Σ(k)为本周期经过滤波处理后的板形测量值向量；X(k)为本周期经过平滑处理后的板形测量值向量；β为滤波系数。

S3、计算板形误差

根据实测的板形值和目标设定的板形分布，计算对应的板形误差：

其中，ε_i为第i测量段上经过平滑和滤波处理后的实测平直度，IU；为第i测量段设定的目标平直度，IU；N为总的测量段数。

S4、确定合理的乳化液分段冷却控制周期T，计算板形误差平均值：

其中，T₀为板形反馈控制系统的控制周期，ms；m为乳化液分段冷却控制周期数，由于T一般为T_o的整数倍，m为正整数；为第i测量段的平均板形误差，IU；Δε_ij为第i测量段对应j周期时的板形误差，IU。

S5、确定乳化液分段冷却喷嘴的开闭状态

S51、采用排序算法对平均板形误差由大到小进行排序，形成新的平均板形误差向量对应的喷嘴编号(与板形测量段号一致)保存在向量n中，其中的个数为p；

S52、根据设定的喷嘴开启比例和有效测量段数M来确定允许控制的最大喷嘴数q，即其中M＝n_max-n_min+1；

S53、计算实际开启的乳化液喷嘴个数g，g＝Min(p,q)，Min()为取小操作；

S54、分别打开向量n中前g个乳化液喷嘴，同时关闭其余所有喷嘴。

以1450mm五机架六辊冷连轧机组为例，在末机架的入口安装了上下各一排分段冷却喷射梁，由于机组可生产的最大带钢宽度为1250mm，因此，每排喷射梁上安装了25个喷嘴。末机架的出口配备了ABB接触式板形辊，共25个测量段。

在板形反馈控制系统中，平滑系数取值为：c₁＝0.05，c₂＝0.15，c₃＝0.6，c₄＝0.2，滤波系数β＝0.6，板形反馈控制周期T_o＝100ms，工作辊乳化液分段冷却控制周期T＝600ms，因此m＝6。

以带钢规格1220mm×0.345mm为例，不考虑被带钢部分覆盖的测量段，此时对应的最小有效测量段号为2，最大有效测量段号为24，总的有效测量段数M＝24。乳化液质量浓度为1.2％，温度50℃，为了保持分段冷却喷嘴压力在6.5bar以上，设定的喷嘴开启比例为40％，因此，最大开启的乳化液喷嘴数为q＝0.4×24＝10。

对平均板形误差的排序采用快速排序算法，具体过程可表示为：

S511、给定待排序的数组向量α、排序的开始位置l(对应最小的有效测量段号)和排序结束位置r(对应最大的有效测量段号)。

S512、如果l≥r，退出；否则，假设：m＝(l+r)/2，p＝α[m]，i＝l，j＝r。

S513、当α[i]≥p，则i＝i+1；当α[j]＜p，则j＝j-1。

S514、如果i≤j，那么α[i]与α[j]交换，返回第S513)步，否则转第S515步。

S515、确定p的位置，递归调用本函数对p值位置的左右两部分数据进行排序。

S516、输出排序后的结果α′。

图3为在高速稳定轧制阶段(轧制速度1020m/min)，板形反馈控制功能正常投入的情况下分别采用模糊控制和本发明方法的板形控制效果对比，从图3可以看出，本发明的控制方法比模糊控制方法具有更小的平直度误差，而且分布更为稳定。通过统计分析，本发明方法的平直度标准差为0.2021IU，模糊控制方法的标准差为0.2241IU，说明了本发明方法能够获得更好和更为稳定的板形控制效果。

综上所述，本发明首先对实测板形值进行平滑和滤波处理，然后与设定的目标板形进行对比获得板形误差分布，根据乳化液分段冷却控制周期来计算平均板形误差分布，最后对平均板形误差排序并考虑到乳化液喷嘴的开启比例后，确定各个喷嘴的开闭状态。本发明与应用广泛的模糊控制方法相比，具有控制原理简单，程序量小，易于移植和易于维护等优点，并且具有更好的控制效果。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种乳化液分段冷却的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、获取带钢各测量段的平直度，对测量值进行平滑处理；

S2、对板形测量值进行滤波处理；

S3、计算板形误差；

S4、根据给定的乳化液分段冷却控制周期T，计算板形误差平均值；

S5、确定乳化液分段冷却喷嘴的开闭状态。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，采用的公式如下：

其中，为第i测量段上的实测平直度，IU；为经过平滑处理后的对应第i测量段上的平直度，IU；c₁～c₄为平滑系数；n_min和n_max分别为被带钢宽度覆盖的最小和最大有效测量段号；N为总的板形辊测量段数。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，采用的公式如下：

Σ(k)＝βX(k)+(1-β)Σ(k-1) (2)

其中，Σ为经过滤波处理后的板形测量值向量，Σ＝[ε₁ … ε_i … ε_N]，ε_i为第i测量段经过滤波处理后的板形测量值，IU；Σ(k-1)为上一周期经过滤波处理后得到的板形测量值向量；Σ(k)为本周期经过滤波处理后的板形测量值向量；X(k)为本周期经过平滑处理后的板形测量值向量；β为滤波系数。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述步骤S3中，根据实测的板形值和目标设定的板形分布，计算对应的板形误差

其中，ε_i为第i测量段上经过平滑和滤波处理后的实测平直度，IU；为第i测量段设定的目标平直度，IU；N为总的测量段数。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，采用的公式如下：

其中，T₀为板形反馈控制系统的控制周期，ms；m为乳化液分段冷却控制周期数；为第i测量段的平均板形误差，IU；Δε_ij为第i测量段对应j周期时的板形误差，IU。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51、采用排序算法对平均板形误差由大到小进行排序，形成新的平均板形误差向量对应的喷嘴编号保存在向量n中，其中的个数为p；

S52、根据设定的喷嘴开启比例和有效测量段数M来确定允许控制的最大喷嘴数q，即其中M＝n_max-n_min+1；

S53、计算实际开启的乳化液喷嘴个数g，g＝Min(p,q)，Min()为取小操作；

S54、分别打开向量n中前g个乳化液喷嘴，同时关闭其余所有喷嘴。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S51的排序算法包括：

S511、给定待排序的数组向量α、排序开始位置l和排序结束位置r；

S512、如果l≥r，退出；否则，假设：m＝(l+r)/2，p＝α[m]，i＝l，j＝r；

S513、当α[i]≥p，则i＝i+1；当α[j]＜p，则j＝j-1；

S514、如果i≤j，那么α[i]与α[j]交换，返回S513步，否则转S515步；

S515、确定p的位置，递归调用本函数对p值位置的左右两部分数据进行排序；

S516、输出排序后的结果α′。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S511中，所述排序开始位置l对应最小的有效测量段号。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述步骤S511中，所述排序结束位置r对应最大的有效测量段号。

10.一种用于乳化液分段冷却控制的计算机设备，包括存储器、处理器及存储在处理器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

S1、获取带钢各测量段的平直度，对测量值进行平滑处理；

S2、对板形测量值进行滤波处理；

S3、计算板形误差；

S4、根据给定的乳化液分段冷却控制周期T，计算板形误差平均值；

S5、确定乳化液分段冷却喷嘴的开闭状态。