CN109332393B - 一种板带连续轧制厚度控制方法 - Google Patents

一种板带连续轧制厚度控制方法 Download PDF

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Abstract

一种板带连续轧制厚度控制方法，属于板带轧制自动控制技术领域，其特征在于包括：(1)输入轧机的刚度系数M、板带塑性系数Q、测厚仪离轧机末机架轧辊中心线的距离Ll；(2)确定厚控对象的比例系数K；(3)以板带样本长度跟踪作为中断进行厚度控制，确定各机架的板带样本长度及其与纯滞后时间的关系；(4)确定基于轧机弹跳特性曲线方程的机架间带钢厚度h,计算出机架弹跳造成的厚度偏差Δh′；(5)确定i时刻板带样本的平均厚差Δh(i)；(6)引入Smith预估器，采用积分控制算法，确定监控AGC系统的控制率表达式Δs(i)；(7)考虑各机架弹跳造成的厚度偏差，确定监控AGC系统的最终控制率表达式。本发明解决了滞后时间随轧制速度变化的问题，响应速度快，静态控制精度高，可提高板带的厚度精度。

Description

一种板带连续轧制厚度控制方法
技术领域
本发明属于板带轧制自动控制技术领域，具体涉及一种板带连续轧制厚度控制方法。
背景技术
在板带轧制过程中，包括钢带、铝带、铜带等轧制过程，最常用的厚度控制方法是通过机架出口安装的测厚仪对板带的实际厚度进行测量，并进而通过调节轧机的辊缝来对板带厚度进行反馈控制，这种厚度控制方法称之为监控AGC(Automatic Gage Control)，测厚仪一般安装在离直接产生厚度变化的辊缝较远的地方，如板带热连轧机的出口测厚仪要求安装在离末机架工作辊中心线约1000～3000mm左右，这种安装的不足之处是测厚仪检测出来的实际厚度值与影响厚度的辊缝实际值不是在同一时间内发生的，即实际轧出厚度的波动不能得到及时的反映。
关于监控AGC的控制方法有很多种，都不能很好的处理各机架间调节量的关系，而且按经验来选择控制器的参数，无法给出一个明晰的最优控制率，如果控制器参数选择不当，系统容易产生过阻尼或振荡，在板带轧制过程中其厚度控制的效果不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种板带连续轧制厚度控制方法，可有效地提高板带轧制过程的厚度控制精度。
本发明通过如下技术方案予以实现，其特征是：包括以下步骤：
步骤1：在计算机中输入轧制系统数据及板带数据，包括：轧机的刚度系数M、板带塑性系数Q、测厚仪离轧机末机架轧辊中心线的距离Ll；
步骤2：确定厚控对象的比例系数K，
Figure GDA0002334112380000021
式中，M为轧机刚度，Q为轧件的塑性系数；
步骤3：以板带样本长度跟踪作为中断进行厚度控制，设定末机架板带样本跟踪长度
Figure GDA0002334112380000022
n为Ll等分段数，轧制系统的纯滞后延时为τ＝n+1；据板带跟踪的末机架板带样本长度
Figure GDA0002334112380000023
采用公式
Figure GDA0002334112380000024
确定各机架的采样样本长度，如图4所示；
式中，
Figure GDA0002334112380000025
为对应机架处板带的出口厚度，νi为对应机架的设定速度；
步骤4：确定基于轧机弹跳特性曲线方程的机架间带钢厚度h＝S+f(P)-f(P0)；并计算得出机架弹跳造成的厚度偏差：
Δh′＝h-h*＝S+Str-h*
＝S+fH(P)-fH(P0)+η·[P·fM(W)-P0·fM(Wmax)]-h*
式中，Δh′为厚度偏差值，S为实测辊缝，Str为轧机弹跳量，fH(x)为轧机牌坊弹跳特性曲线方程，P为实测轧制力，P0为清零轧制力，h为带钢厚度值，h*为带钢厚度设定值，η为轧件弹性变形修正因子，fM(x)为轧件弹跳特性曲线方程，W为轧件宽度，Wmax为最大轧件宽度；
步骤5：计算机将测厚仪对每一个板带样本长度Ls(i)的厚差Δh实测值进行多点采集，并确定i时刻板带样本的平均厚差Δh(i)；
步骤6：在监控AGC系统中引入Smith预估器，控制器采用积分控制算法，如图2所示；结合各个机架的样本长度和消差率，以第i时刻的控制率Δs(i)为轧机的辊缝附加值，如图5所示，确定监控AGC系统的控制率；
步骤6.1：确定监控AGC系统中积分控制器的传递函数：
Figure GDA0002334112380000031
式中，P为积分调节器的放大倍数，S为实测辊缝；
P的选取原则是：
Figure GDA0002334112380000032
步骤6.2：监控AGC系统的控制率表达式为：
Figure GDA0002334112380000033
式中，a为系统第一步的消差率，0＜a≤1；
其中Δs(i)的确定步骤如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000034
式中，Z-1为机架传输延时因子；
第二步：
Figure GDA0002334112380000035
第i步(i≥n+2)：
Figure GDA0002334112380000036
步骤7：考虑各机架弹跳造成的厚度偏差，得到监控AGC系统的最终控制率表达式
Figure GDA0002334112380000037
本发明的优点及积极效果是：
本发明提出了板带样本长度跟踪，解决了传统方法中滞后时间随轧制速度变化的问题，并对不同的机架采用不同的样本长度，使多机架共同作用于末机架出口厚度偏差，将Smith预估控制方法用于监控AGC系统，给出了控制器为积分形式下的控制率，与传统控制方法相比，该方法既有非常快的响应速度，又具有较高的静态控制精度，可以广泛推广到板带轧制厂中，以提高板带产品的厚度精度。
附图说明
图1为本发明中监控AGC系统的结构框图；
图2为本发明中带SMITH预估器的监控AGC控制系统方框图；
图3为本发明中带SMITH预估器的监控AGC控制系统等效方框图；
图4为本发明中以板带长度Ll为控制样本的监控AGC采样图；
图5为本发明中连续轧制监控AGC系统控制框图；
图6为本发明中快速高精度板带轧制监控AGC方法流程图。
图中，Gc(s)为控制器的传递函数，Gp(s)e-τs为厚度控制对象的传递函数，Gp(s)为对象不包含纯滞后部分的传递函数，e-τs为对象纯滞后部分的传递函数，H*(s)为设定厚度，ΔS(s)为轧机设定辊缝的附加值，H(s)为测厚仪测得的板带实际厚度，Hτ(s)为Smith超前补偿部分的输出，ΔH(s)为H*(s)和H(s)的差值，ΔHτ(s)为系统的理论偏差或控制器Gs(s)的输入值。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明的具体实施方式作详细说明。
实现板带轧制厚度控制的硬件设备的配置要求：
1)轧机的出口安装有测厚仪，测厚仪可以输出与厚度或厚差成比例的电压或电流模拟信号，或是数字信号，要求测厚仪给出厚度信号测量的响应时间T；
2)轧机安装有油压传感器和位移传感器，以对轧制过程轧制力和辊缝进行测量；
3)有对出口板带进行长度和速度测量的仪表对板带的样本进行跟踪；
4)有一台带有模拟输入输出接口板、可以进行数学运算的计算机系统或PLC，或具有模拟输入和输出接口板的TDC，以读取测厚仪输出的厚度信号、油压传感器输出的压力信号和位移传感器输出的位移信号，进行板带样本跟踪，并实现板带厚度闭环控制率的确定、存储和输出。
如果一个现有的板带轧制系统已兼备了以上基本条件，则只要加入相关的控制方法即可，其控制过程框图如图6所示。
实施例1：
选取轧制钢种：Q235
来料宽度250mm，末机架出口厚度1.75mm，F5机架设定速度5.8m/s，F6机架设定速度7.2m/s，F7机架设定速度8.6m/s，F8机架设定速度10m/s,F5机架刚度M＝1150kN/mm,带钢的塑性系数Q＝860kN/mm，F6机架刚度M＝1200kN/mm,带钢的塑性系数Q＝930kN/mm，F7机架刚度M＝1180kN/mm,带钢的塑性系数Q＝1000kN/mm，F8机架刚度M＝1200kN/mm,带钢的塑性系数Q＝1050kN/mm，测厚仪为X射线测厚仪，测厚仪离末机架轧辊中心线的距离Ll＝2000mm
基于以上条件的监控AGC控制参数和方法如下：
步骤1：将轧机及带钢相关数据输入计算机，F5机架刚度M＝1150kN/mm、带钢的塑性系数Q＝860kN/mm、F6机架刚度M＝1200kN/mm、带钢的塑性系数Q＝930kN/mm、F7机架刚度M＝1180kN/mm、带钢的塑性系数Q＝1000kN/mm、F8机架刚度M＝1200kN/mm、带钢的塑性系数Q＝1050kN/mm、测厚仪离末机架轧辊中心线的距离Ll＝2000mm，消差率a＝0.9；
步骤2：确定各机架厚控对象的比例系数：
Figure GDA0002334112380000061
Figure GDA0002334112380000062
Figure GDA0002334112380000063
Figure GDA0002334112380000064
步骤3：设定各机架样本跟踪长度，取n＝2，系统的纯滞后延时τ＝3，
初始样本长度为(i＝1)：
Figure GDA0002334112380000065
Figure GDA0002334112380000066
Figure GDA0002334112380000067
Figure GDA0002334112380000068
样本长度(i≥2)：
Figure GDA0002334112380000069
Figure GDA00023341123800000610
Figure GDA00023341123800000611
Figure GDA00023341123800000612
步骤4：确定基于轧机弹跳特性曲线方程的机架弹跳厚度偏差量Δh′。
步骤5：计算机将测厚仪对各机架每一个指定样本长度的厚差Δh进行多点采集，并确定i时刻样本的平均速度v(i)、平均厚差Δh(i)；
步骤6：确定各机架的辊缝附加值
确定F5机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000071
第二步：
Figure GDA0002334112380000072
第i步：
Figure GDA0002334112380000073
确定F6机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000074
第二步：
Figure GDA0002334112380000075
第i步：
Figure GDA0002334112380000081
确定F7机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000082
第二步：
Figure GDA0002334112380000083
第i步：
Figure GDA0002334112380000084
确定F8机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000085
第二步：
Figure GDA0002334112380000091
第i步：
Figure GDA0002334112380000092
实施例2：
选取轧制钢种：Q345
来料宽度320mm，末机架出口厚度2.0mm，F5机架设定速度5.2m/s，F6机架设定速度6.7m/s，F7机架设定速度8.0m/s，F8机架设定速度9.2m/s,F5机架刚度M＝1400kN/mm,带钢的塑性系数Q＝1280kN/mm，F6机架刚度M＝1360kN/mm,带钢的塑性系数Q＝1320kN/mm，F7机架刚度M＝1420kN/mm,带钢的塑性系数Q＝1380kN/mm，F8机架刚度M＝1400kN/mm,带钢的塑性系数Q＝1360kN/mm，测厚仪为X射线测厚仪，测厚仪离末机架轧辊中心线的距离Ll＝2000mm
基于以上条件的监控AGC控制参数和方法如下：
步骤1：将轧机及带钢相关数据输入计算机，F5机架刚度M＝1400kN/mm、带钢的塑性系数Q＝1280kN/mm、F6机架刚度M＝1360kN/mm、带钢的塑性系数Q＝1320kN/mm、F7机架刚度M＝1420kN/mm、带钢的塑性系数Q＝1380kN/mm、F8机架刚度M＝1400kN/mm、带钢的塑性系数Q＝1360kN/mm、测厚仪离末机架轧辊中心线的距离Ll＝2000mm，消差率a＝0.85；
步骤2：确定各机架厚控对象的比例系数：
Figure GDA0002334112380000101
Figure GDA0002334112380000102
Figure GDA0002334112380000103
Figure GDA0002334112380000104
步骤3：设定各机架样本跟踪长度，取n＝2，系统的纯滞后延时τ＝3，
初始样本长度为(i＝1)：
Figure GDA0002334112380000105
Figure GDA0002334112380000106
Figure GDA0002334112380000107
Figure GDA0002334112380000108
样本长度(i≥2)：
Figure GDA0002334112380000109
Figure GDA00023341123800001010
Figure GDA00023341123800001011
Figure GDA00023341123800001012
步骤4：确定基于轧机弹跳特性曲线方程的机架弹跳厚度偏差量Δh′。
步骤5：计算机将测厚仪对各机架每一个指定样本长度的厚差Δh进行多点采集，并确定i时刻样本的平均速度v(i)、平均厚差Δh(i)；
步骤6：确定各机架的辊缝附加值
确定F5机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000111
第二步：
Figure GDA0002334112380000112
第i步：
Figure GDA0002334112380000113
确定F6机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000114
第二步：
Figure GDA0002334112380000115
第i步：
Figure GDA0002334112380000121
确定F7机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000122
第二步：
Figure GDA0002334112380000123
第i步：
Figure GDA0002334112380000124
确定F8机架的辊缝附加值，分步计算如下：
第一步：
Figure GDA0002334112380000125
第二步：
Figure GDA0002334112380000131
第i步：
Figure GDA0002334112380000132
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (2)

1.一种板带连续轧制厚度控制方法，其特征在于：实施步骤如下：
步骤1：在计算机中输入轧制系统数据及板带数据，这些数据包括：轧机的刚度系数M、板带塑性系数Q、测厚仪离轧机末机架轧辊中心线的距离Ll；
步骤2：确定厚控对象的比例系数K，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
式中，M为轧机刚度，Q为轧件的塑性系数；
步骤3：以板带样本长度跟踪作为中断进行厚度控制，设定末机架板带样本跟踪长度
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，n为Ll等分段数，轧制系统的纯滞后延时为
Figure DEST_PATH_IMAGE003
；据板带跟踪的末机架板带样本长度
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，采用式
Figure DEST_PATH_IMAGE005
确定各机架的采样样本长度，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为机架号，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为对应机架处板带的出口厚度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为对应机架的设定速度；
步骤4：确定基于轧机弹跳特性曲线方程的机架间带钢厚度
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，并计算得出机架弹跳造成的厚度偏差：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure DEST_PATH_IMAGE012
步骤6：在监控AGC系统中引入Smith预估器，控制器采用积分控制算法，结合各个机架的样本长度和消差率，以第
Figure DEST_PATH_IMAGE014
时刻的控制率
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为轧机的辊缝附加值，确定监控AGC系统的控制率表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为系统第一步的消差率，0＜
Figure 339642DEST_PATH_IMAGE019
≤1；
其中
Figure DEST_PATH_IMAGE020
的确定步骤如下：
第一步：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为机架传输延时因子；
第二步：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
第j步(j≥n+2)：
Figure DEST_PATH_IMAGE024
步骤7：考虑各机架弹跳造成的厚度偏差，得到监控AGC系统的最终控制率表达式
Figure 152656DEST_PATH_IMAGE025
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为j时刻机架弹跳造成的厚度偏差。
2.根据权利要求1所述的一种板带连续轧制厚度控制方法，其特征在于：所述步骤6中监控AGC系统中积分控制器的传递函数为：
Figure 666814DEST_PATH_IMAGE027
式中，P为积分调节器的放大倍数，S为实测辊缝，
P的选取原则是：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
。
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