CN110038907A - 一种控制平整机的方法及控制平整机的电液伺服系统 - Google Patents

Abstract

本发明针对平整机更换工作辊后、在机架闭合过程中出现的工作辊辊面损伤的技术问题，提供了一种平整机的控制方法：平整机包括由上辊系和下辊系组成的机架和控制机架打开和闭合的电液伺服系统，电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的比例‑积分‑微分PID控制器；在电液伺服系统控制下辊系向上运动闭合机架过程中的轧制力控制阶段，PID控制器调整输出限幅值系数Umax，对伺服阈开度进行限幅，降低平整机在闭合过程中轧辊与带钢接触时产生的惯性冲击力，避免了闭合过程中出现新换工作辊的辊面损伤，从而消除了启车生产时带钢表面出现的“横向辊印”缺陷，提高了带钢的表面质量。

Description

一种控制平整机的方法及控制平整机的电液伺服系统

技术领域

本申请涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种控制平整机的方法及控制平整机的电液伺服系统。

背景技术

某2230连退生产线采用六辊CVC平整机，在生产1800mm以上宽规格带钢或高表面等级产品时需要更换工作辊，或者在日常检修中更换工作辊，更换完成后进行机架闭合。但在机架闭合后出现了新换工作辊的辊面损伤，从而导致启车生产时带钢表面出现“横向辊印”缺陷，严重影响带钢表面质量，需安排大量过渡料才能消除，严重影响了生产线的排产与生产节奏。因此，如何避免平整机在换辊后的闭合机架过程中发生的新换工作辊辊面损伤，成为了一个迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种控制平整机的方法及控制平整机的电液伺服系统，以解决或者部分解决现有技术中的平整机在闭合机架过程中出现的工作辊辊面损伤的问题的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种控制平整机的方法，所述平整机包括由上辊系和下辊系组成的机架，以及控制所述机架打开和闭合的电液伺服系统；所述电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的比例-积分-微分PID控制器；在所述电液伺服系统控制所述下辊系向上运动闭合机架过程中的轧制力控制阶段，所述PID控制器调整输出限幅值系数Umax，并根据调整后输出限幅值系数Umax的实际值，对所述伺服阈开度进行限幅，所述Umax的值域为[0.5,0.7]；

其中，所述轧制力控制阶段是辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段，H是机架闭合初始阶段的辊缝开度。

如上述的方案，在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，所述PID控制器调整比例系数Kp，并根据调整后的所述比例系数Kp的实际值控制所述伺服阈开度；所述Kp的值域为[0.4，0.7]。

如上述的方案，在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，所述PID控制器调整积分时间Ti，并根据调整后的所述积分时间Ti的实际值控制所述伺服阈开度；所述Ti的值域为[800ms,1050ms]。

优选的，输出限幅值系数Umax为0.6；

优选的，比例系数Kp＝0.58；

优选的，积分时间Ti＝900ms。

本发明还提供一种控制平整机的电液伺服系统，用于控制所述平整机架打开和闭合；所述电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的比例积分PID控制器；

所述PID控制器包括：

输出限幅控制模块，用于在所述电液伺服系统控制所述下辊系向上运动闭合机架过程中的轧制力控制阶段，调整输出限幅值系数Umax，并根据调整后输出限幅值系数Umax的实际值，对所述伺服阈开度进行限幅，所述Umax的值域为[0.5,0.7]；

其中，所述轧制力控制阶段是辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段，H是机架闭合初始阶段的辊缝开度。

如上述的方案，所述PID控制器还包括：比例系数控制模块，用于在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，调整比例系数Kp，并根据调整后的所述比例系数Kp的实际值控制所述伺服阈开度；所述Kp的值域为[0.4，0.7]。

如上述的方案，所述PID控制器还包括：积分时间控制模块，用于在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，调整积分时间Ti，并根据调整后的所述积分时间Ti的实际值控制所述伺服阈开度；所述Ti的值域为[800ms,1050ms]。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种控制平整机的方法，为了解决平整机换辊后闭合机架过程中发生的工作辊辊面损伤的技术问题，在辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段中，通过PID控制器调整输出限幅值系数Umax，对伺服阈的开度进行限幅，避免轧辊与带钢接触时因为PI计算得到的伺服阈开度较大造成轧辊的闭合速度较大和实际轧制力变化太快的情况，降低了平整机机架闭合瞬间轧辊与带钢之间的惯性冲击力，避免工作辊面损伤，提高了带钢的表面质量。

另一方面，在辊缝开度为0mm，下支撑辊实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程，PID控制器以调整比例系数Kp，和/或调整积分时间Ti的方式控制伺服阈开度，能够满足平整机闭合机架过程中轧制力小的变化率及较小的伺服阀开度输出值的要求，避免因PID控制器输出超调，产生振荡造成的工作辊面损伤。综上所述，通过在闭合机架过程中，针对平整机不同的工作状态采取不同的控制方式，有效的避免了新更换的工作辊辊面损伤，进而消除了启车生产时带钢表面出现“横向辊印”缺陷，提高了带钢的表面质量，保证了产线的生产节奏。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明第一实施例的平整机机架闭合过程示意图；

图2示出了根据本发明第一实施例的控制平整机的方法流程示意图；

图3示出了根据本发明第二实施例的控制平整机的电液伺服系统。

附图标记说明：1、上支撑辊；2、上中间辊；3、上工作辊；4、带钢；5、下工作辊；6、下中间辊；7、下支撑辊。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

在本发明实施例中，首先介绍平整机，具体来说，平整机包括由上辊系和下辊系组成的机架，以及控制所述机架打开和闭合的电液伺服系统；电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的比例-积分-微分PID控制器。

本实施例的连退平整机为单机架六辊轧机结构，机架结构如图1所示，其中：

上辊系：1、上支撑辊，2、上中间辊，3、上工作辊；

下辊系：5、下工作辊，6、下中间辊，7、下支撑辊；

中间部分：4、带钢。

平整机采用下支承辊单转传动，液压压上结构，在平整机的下部两侧(驱动侧和操作侧)装有两个HGC液压缸，通过电液伺服系统对HGC液压缸进行闭环控制，其中，包括位置控制中的机架打开和关闭，以及轧制力控制中的轧制力实际值控制。

在平整机的闭合过程中，电液伺服系统通过控制平整机下面的两个HGC缸推动下辊系向上运动闭合机架。在这一过程中，平整机上辊系保持不动，下辊系上抬，当下支撑辊缝的开度变为0mm，并且下支撑辊7的实际轧制力达到所设定的最小轧制力，机架闭合过程完成。

机架闭合过程可分为2个阶段：(1)从机架完全打开时，也就是辊缝开度为H时闭合至辊缝开度为H/2，此阶段电液伺服系统为位置控制；(2)从辊缝开度为H/2时闭合至0mm，平整机的下支撑辊的实际轧制力达到所设定的最小轧制力时，闭合完成，在此阶段电液伺服系统为轧制力控制。实际轧制力是通过安装在HGC液压缸上的压力传感器测量得出。上述辊缝开度是指上下工作辊之间的间距，H通常为14～16mm。

工业生产中的PID控制器(比例-积分-微分控制器)，由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。控制器把收集到的数据和一个参考值进行比较，然后把这个差别用于计算新的输入值，这个新的输入值的目的是可以让系统的数据达到或者保持在参考值。

在闭合机架过程中的轧制力控制阶段，只需要使用到PID控制器的部分单元(如去除微分单元)，其标准形式为：

其中：

Kp为比例系数，是调适参数。

Ti为积分时间。

当压力传感器测量得到的实际轧制力与设定轧制力存在偏差时，以轧制力偏差值作为PID控制器的输入值，根据PID控制器设定的比例系数Kp和积分时间Ti，实时计算出电液伺服阀的开度，从而对输出的实际轧制力进行调节。

在实际应用中，为了防止积分过饱和，PID控制器还能够对输出限幅进行控制，使实时计算得到的电液伺服阈的开度不超出所限定的输出范围，对应的参数为输出限幅系数Umax。

本实施例以生产宽度超过1800mm的宽规格带钢或高表面等级产品为例进行说明。在正常生产过程中，按照比例系数Kp＝1.45，积分时间Ti＝300ms或350ms，输出限幅系数Umax＝1.0对平整机延伸率进行控制，能够满足平整机在高速生产过程中轧制力大的变化率及较高的伺服阀输出值的控制需求，以提高轧制力控制的响应速度，满足平整机延伸率的快速响应调节。

在生产宽度超过1800mm的宽规格带钢或高表面等级产品前，为保证带钢表面质量，需在生产上述产品前更换新的工作辊。若在机架闭合过程中，PID控制器采用如上述正常产生产过程中的恒参数控制，就会在闭合机架过程中会造成工作辊辊面损伤，导致启车生产时带钢表面出现“横向辊印”缺陷，严重影响带钢表面质量。

在分析造成工作辊辊面损伤原因的过程中，确认了工作辊辊面损伤发生在闭合机架过程中的辊缝开度从H/2闭合至0mm，下支撑辊实际轧制力由0kN升高至设定的最小轧制力的变化过程中，该过程属于平整机的轧制力控制阶段。由于PID控制器的伺服阀输出为控制器上限值，输出限幅值系数Umax＝1，即在闭合机架过程中轧辊接触前电液伺服阈输出幅值达到最大值100％，造成平整机机架闭合瞬间轧辊与带钢之间存在较大的惯性冲击力。

故而，为了解决上述的技术问题，本实施例提供一种控制平整机的方法。如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤201：在电液伺服系统控制所述下辊系向上运动闭合机架过程中的轧制力控制阶段，所述PID控制器调整输出限幅值系数Umax，并根据调整后输出限幅值系数Umax的实际值，对所述伺服阈开度进行限幅。

在具体的实施过程中，本实施例的轧制力控制阶段，指的是辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段。H是机架闭合初始阶段的辊缝开度。

具体来说，在平整机更换工作辊完成，开始进行机架闭合，当辊缝开度闭合至H/2时，电液伺服系统进入轧制力控制阶段。在辊缝开度从H/2处闭合至0mm的过程中，所述PID控制器调整限幅值输出系数Umax至[0.5,0.7]的范围内，优选值为0.6。根据调整后的限幅值输出系数Umax对电液伺服阀的开度进行限幅，使电液伺服系统在轧制力控制阶段按照所设定的方式闭合机架，避免在闭合机架、轧辊与带钢接触时因为PID计算的伺服阈开度较大造成轧辊的闭合速度太大和实际轧制力变化太快的情况，进而降低了轧辊和带钢之间的冲击力，可有效地减轻工作辊面损伤。

除了采用上述技术方案之外，由于轧辊与带钢接触过程中，PID控制器比例系数Kp较大并且积分时间Ti较短，虽然在加快了轧制力控制系统的响应速度，但容易造成在闭合机架过程中PID控制器输出超调，甚至产生振荡，同样有可能损伤更换的新工作辊的辊面。表面损伤的工作辊将导致启车生产时带钢表面出现“横向辊印”缺陷，严重影响带钢表面质量，需安排大量过渡料才能消除，严重影响了生产线的排产与生产节奏。

故而，为了进一步避免平整机机架闭合过程中的工作辊辊面损伤，本实施例针对平整机不同的工作状态采取了不同的控制参数，具体请参看下面的步骤。

步骤202：在轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，所述PID控制器调整比例系数Kp，并根据调整后的所述比例系数Kp的实际值控制所述伺服阈开度。

具体的，比例系数Kp的值域为[0.4，0.7]，优选值为0.48，0.58和0.68。

步骤203：在轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，PID控制器调整积分时间Ti，并根据调整后的所述积分时间Ti的实际值控制所述伺服阈开度；

具体的，积分时间Ti的值域为[800ms,1050ms]，优选值为880ms，900ms和920ms。

在步骤202～203中，降低Kp和增大Ti对控制系统的影响效果如下：

调整方式	超调量	安定时间	稳定性
				Kp降低	减少	小幅降低	变好
Ti升高	减少	降低	变好

可以看出，降低Kp和提高Ti可以提高控制系统的稳定性，避免在实际轧制力从0kN上升至设定的最小轧制力的过程中，因PID控制器输出超调、产生振荡所导致的工作辊面损伤。

在闭合机架完成后，PID控制器恢复正常生产过程中的Umax、Kp和Ti参数设置。

本实施例提供的控制平整机的方法，通过在闭合机架过程中的轧制力控制阶段、辊缝开度从H/2处闭合至0mm的过程中，PID控制器降低输出限幅值系数Umax，避免轧辊与带钢接触时因为PI计算的伺服阈开度较大造成轧辊的闭合速度太大和实际轧制力变化太快的情况，进而降低了平整机机架闭合瞬间轧辊与带钢之间的惯性冲击力，避免工作辊面损伤。另一方面，在辊缝开度为0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段，PID控制器降低比例系数Kp，和/或增大积分时间Ti，满足平整机闭合机架过程中轧制力小的变化率及较小的伺服阀开度输出值的要求，避免因PID控制器输出超调，产生振荡造成的工作辊面损伤。综上所述，通过在闭合机架过程中，针对平整机不同的工作状态采取不同的控制方式，有效的避免了新更换的工作辊辊面损伤，进而消除了启车生产时带钢表面出现“横向辊印”缺陷，提高了带钢的表面质量，保证了产线的生产节奏。

实施例二

基于相同的发明构思，本实施例提供一种控制平整机的电液伺服系统。首先对于平整机来说，所述平整机包括由上辊系和下辊系组成的机架；所述电液伺服系统用于控制所述机架打开和闭合。而具体的工作原理请参看上述实施例中的描述，本实施例不再赘述。

图3为所述的控制平整机的电液伺服系统的示意图，电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的PID控制器，所述PID控制器包括：输出限幅控制模块301，用于在所述电液伺服系统控制所述下辊系向上运动闭合机架过程中的轧制力控制阶段，调整输出限幅值系数Umax，并根据调整后输出限幅值系数Umax的实际值，对所述伺服阈开度进行限幅；其中，所述轧制力控制阶段是辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段，H是机架闭合初始阶段的辊缝开度。

在具体的实施过程中，在平整机更换工作辊完成，开始进行机架闭合，PID控制器调整前的Umax通常设置为1.0，也就是输出最大值为100％。在辊缝开度从H/2处闭合至0mm的过程中，为了避免轧辊的闭合速度较快、轧辊和带钢之间产生较大的冲击力，PID控制器对Umax进行调整，所述Umax的可选取值范围为[0.5,0.7]，在本实施例按照0.6进行控制，说明PID控制器按最大输出60％对电液伺服阀的开度进行限幅。

PID控制器还包括：比例系数控制模块302，用于在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，调整比例系数Kp，并根据调整后的所述比例系数Kp的实际值控制所述伺服阈开度。

在具体的实施过程中，在辊缝开度闭合至0mm，下支撑辊的实际轧制力由0kN开始提升至设定的最小轧制力的阶段，为了适应当前过程中较小的轧制力变化率和较低的伺服阈输出的应用场景，避免控制系统输出超调、甚至产生振荡的情况，PID控制器中的比例系数控制模块降低比例系数Kp，根据计算公式：

可以看出，降低Kp可以降低计算获得的伺服阈开度值。调整后的比例系数Kp的可选取值范围为[0.4，0.7]，在本实施例中Kp优选为0.58，能够有效的避免因PID控制器输出超调和产生振荡导致的工作辊辊面损伤。

PID控制器还包括：积分时间控制模块303，用于在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，调整积分时间Ti，并根据调整后的所述积分时间Ti的实际值控制所述伺服阈开度。

和上述实施方式类似，在辊缝开度闭合至0mm，下支撑辊的实际轧制力由0kN开始提升至设定的最小轧制力的阶段，根据计算公式，增大Ti可以降低计算获得的伺服阈开度值，调整后的Ti的可选范围为[800ms,1050ms]，在本实施例中优选为900ms，够有效的避免因PID控制器输出超调和产生振荡导致的工作辊辊面损伤。

本实施例提供了一种控制平整机的电液伺服系统，电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的PID控制器；PID控制器包括输出限幅控制模块、比例系数控制模块、积分时间控制模块，通过对限幅值系数Umax、比例系数Kp和积分时间Ti进行调整，使电液伺服系统在不同过程中，可以针对平整机不同的工作状态采取不同的控制方式进行机架闭合，有效的避免闭合过程中的工作辊辊面损伤，提高了带钢的表面质量，保证了产线的生产节奏。

本发明的一个或者多个实施例，能够得到下面的有益效果：

本发明提供了一种控制平整机的方法和控制平整机的电液伺服系统，为了解决平整机换辊后闭合机架过程中发生的工作辊辊面损伤的技术问题，在辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段中，通过PID控制器调整输出限幅值系数Umax，对伺服阈的开度进行限幅，避免轧辊与带钢接触时因为PI计算得到的伺服阈开度较大造成轧辊的闭合速度较大和实际轧制力变化太快的情况，降低了平整机机架闭合瞬间轧辊与带钢之间的惯性冲击力，避免工作辊面损伤，提高了带钢的表面质量。

另一方面，在辊缝开度为0mm，下支撑辊实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程，PID控制器以调整比例系数Kp，和/或调整积分时间Ti的方式控制伺服阈开度，能够满足平整机闭合机架过程中轧制力小的变化率及较小的伺服阀开度输出值的要求，避免因PID控制器输出超调，产生振荡造成的工作辊面损伤。综上所述，通过在闭合机架过程中，针对平整机不同的工作状态采取不同的控制方式，有效的避免了新更换的工作辊辊面损伤，进而消除了启车生产时带钢表面出现“横向辊印”缺陷，提高了带钢的表面质量，保证了产线的生产节奏。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种控制平整机的方法，其特征在于，所述平整机包括由上辊系和下辊系组成的机架，以及控制所述机架打开和闭合的电液伺服系统；所述电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的比例-积分-微分PID控制器；

在所述电液伺服系统控制所述下辊系向上运动闭合机架过程中的轧制力控制阶段，所述PID控制器调整输出限幅值系数Umax，并根据调整后输出限幅值系数Umax的实际值，对所述伺服阈开度进行限幅，所述Umax的值域为[0.5,0.7]；

其中，所述轧制力控制阶段是辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段，H是机架闭合初始阶段的辊缝开度。

2.如权利要求1所述的控制平整机的方法，其特征在于，在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，所述PID控制器调整比例系数Kp，并根据调整后的所述比例系数Kp的实际值控制所述伺服阈开度；所述Kp的值域为[0.4，0.7]。

3.如权利要求1或2所述的控制平整机的方法，其特征在于，在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，所述PID控制器调整积分时间Ti，并根据调整后的所述积分时间Ti的实际值控制所述伺服阈开度；所述Ti的值域为[800ms,1050ms]。

4.如权利要求1所述的控制平整机的方法，其特征在于，所述输出限幅值系数Umax为0.6。

5.如权利要求2所述的控制平整机的方法，其特征在于，所述比例系数Kp为0.58。

6.如权利要求3所述的控制平整机的方法，其特征在于，所述积分时间Ti为900ms。

7.一种控制平整机的电液伺服系统，其特征在于，所述平整机包括由上辊系和下辊系组成的机架；所述电液伺服系统用于控制所述机架打开和闭合；所述电液伺服系统包含调节所述电液伺服系统的伺服阈开度的比例积分微分PID控制器；

所述PID控制器包括：

输出限幅控制模块，用于在所述电液伺服系统控制所述下辊系向上运动闭合机架过程中的轧制力控制阶段，调整输出限幅值系数Umax，并根据调整后输出限幅值系数Umax的实际值，对所述伺服阈开度进行限幅，所述Umax的值域为[0.5,0.7]；

其中，所述轧制力控制阶段是辊缝开度从H/2处闭合至0mm，实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的阶段，H是机架闭合初始阶段的辊缝开度。

8.如权利要求7所述的控制平整机的电液伺服系统，其特征在于，所述PID控制器还包括：比例系数控制模块，用于在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，调整比例系数Kp，并根据调整后的所述比例系数Kp的实际值控制所述伺服阈开度；所述Kp的值域为[0.4，0.7]。

9.如权利要求7或8所述的控制平整机的电液伺服系统，其特征在于，所述PID控制器还包括：积分时间控制模块，用于在所述轧制力控制阶段中的实际轧制力从0kN上升至最小轧制力的过程中，调整积分时间Ti，并根据调整后的所述积分时间Ti的实际值控制所述伺服阈开度；所述Ti的值域为[800ms,1050ms]。