CN110116139B - 冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法，其包括以下步骤：1、给定板形仪通道数与通道宽度；2、获得通道耦合影响矩阵；3、计算影响矩阵的逆矩阵；4、通过影响矩阵的逆矩阵进行通道解耦；5、获得通道解耦后板形分布。通过影响矩阵求逆并与检测力向量相乘的方法，实现了整辊式板形仪通道间耦合现象的解耦，复现了真实的力向量与板形分布，为提高板形检测精度提供了一种新的方法。

Description

冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法

技术领域

本发明属于板带轧制领域，特别涉及一种冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法。

背景技术

冷轧带材以其高性能、高精度的显著优点，广泛应用于汽车、家电、建筑和电子等工业制造部门。冷轧带材属于高附加值产品，其生产技术水平代表国家钢铁工业的水平，是钢铁强国的重要特征，也是国家工业化水平的重要标志。板形是冷轧带材的重要质量指标。板形不良不仅会对后部工序造成困难，还会导致勒辊、断带等事故的出现，严重时甚至可能损坏轧机。

板形检测是板形控制和提高板形质量的基础和关键，板形仪是生产高级冷轧带材和实现生产过程智能化必备的高端仪器设备。工业上应用的冷轧带材板形仪按结构形式可分为分片式(分段式)、探针式、整辊式等几种。长期以来，板形仪被少数国际大公司所垄断。近年来，我国在冷轧带材板形仪的研究方面取得重要进展，自主研制了整辊式板形仪。

整辊式板形仪在检测辊内部靠近表面处，沿轴向加工2-4个细长孔，在孔内安装一系列传感器，每个传感器轴向宽度26mm，在轴向形成各个通道。与探针式板形检测辊螺旋布置传感器不同的是，这种板形辊安装孔数量少，传感器沿直线紧邻布置，可同时检测带材同一个横断面上的板形，即保证板形检测的同步性。但由于传感器在各通道中紧邻布置，相邻通道会有显著干扰或耦合，引起板形检测的误差，需对其进行精确解耦。截止目前，国际上仍未见到该问题的相关报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除整辊式板形仪通道间相互干扰的方法，从而提高板形检测精度。

本发明的一种冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法，包含以下步骤：

a、给定板形仪通道数n与通道宽度b；

b、获得通道间信号相互干扰的影响矩阵，具体包括如下步骤：

b1、令临时变量i＝1；

b2、令临时变量j＝1；

b3、使用板形仪标定装置对板形仪第i通道施加标定力；

b4、记录第i通道对第j通道的AD影响值a_ji；

b5、判断j＝n是否成立，若成立，则进入b6；若不成立，令j＝j+1，返回b4；

b6、判断i＝n是否成立，若成立，则进入b7；若不成立，令i＝i+1，返回b3；

b7、令临时变量i＝1；

b8、令临时变量j＝1；

b9、计算第i通道对第j通道的影响系数β_ji＝a_ji/a_jj；

b10、判断j＝n是否成立，若成立，则进入b11；若不成立，令j＝j+1，返回b9；

b11、判断i＝n是否成立，若成立，则进入b12；若不成立，令i＝i+1，返回b9；

b12、由全部的β_ji形成通道间相互耦合的影响矩阵

为方阵，其中，j为矩阵的行号，取值范围为1～n，i为矩阵的列号，取值范围也为1～n；

c、计算影响矩阵的逆矩阵

d、根据板形仪实测信号，通过影响矩阵的逆矩阵进行通道解耦：以及

e、获得通道解耦后板形分布。

优选地，所述步骤d包括以下内容：

d1、给定一组板形仪检测力信号H_i，其中i的取值范围为1～n，将H_i组成一组列向量

d2、将影响矩阵的逆矩阵

与列向量

相乘，可以得到一组通道解耦后的真实力向量

所述真实力向量

共有n个元素，每个元素为F_i。

优选地，所述步骤e包括以下内容：

e1、给定带材总张力T，带材宽度B，带材平均厚度h，计算带材平均张应力σ_mean＝T/(Bh)；

e2、将带材宽度B除以通道宽度b并取整，得到一个临时的整数m₁；

e3、判断m₁为奇数是否成立，若成立，令带材覆盖板形仪的通道数m＝m₁，进入e4；若不成立，令带材覆盖板形仪的通道数m＝m₁+1，进入e4；

e4、令带材覆盖板形仪的通道数的左边界号m_z＝(n-m)/2+1，带材覆盖板形仪的通道数的右边界号m_y＝n-(n-m)/2；

e5、计算平均力

e6、给定带材弹性模量E，泊松比υ，并计算真实板形分布

其中i的取值范围为m_z～m_y。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

通过影响矩阵求逆并与检测力向量相乘的方法，实现了整辊式板形仪通道间耦合现象的解耦，复现了真实的力向量与板形分布，提高板形检测精度。

附图说明

图1a和图1b为本发明的整辊式板形仪的结构图；

图2为本发明的流程图；

图3a和图3b为板型仪标定装置结构图；以及

图4为通道解耦前、后板形分布对比图。

附图标记：

电机1；标定支架2；标定横梁3；标定砝码4；检测辊5；轴承座6；压轮7；标定杆8；传感器9；细长孔10；通道11。

具体实施方式

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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1a和图1b所示为本发明的整辊式板形仪的结构图，在整辊式板形仪检测辊5的内部靠近表面处，沿检测辊5的轴向加工若干个细长孔10，细长孔的数量通常是2-4个，圆周阵列布置，如图1a和图1b中示出的2个贯穿整个检测辊5轴向的细长孔10。细长孔10沿着轴向等距离地分隔成多个通道11，每个通道11内设置一个传感器9，每个通道11的轴向长度大于或者等于每个传感器9的轴向长度。在一个优选实施方式中，通道11的轴向长度为26mm，即每2个相邻传感器9在轴向的中心位置的距离为26mm。

本发明中，为减少相邻通道11之间相互耦合所引起的板形检测误差，需对其进行精确解耦，解耦过程如图2所示，具体步骤如下：

a、给定板形仪通道数n＝57，通道宽度b为26mm，通道数等于一个细长孔内的传感器数，即沿着细长孔10一个接着一个地设置了多个传感器9。

b、获得通道间信号相互干扰条件下的影响矩阵。

通过板形仪标定装置对通道i施加标定力，记录得到第i通道对第j通道的AD影响值，实际标定过程中，第i通道对小于等于i-2通道以及大于等于i+2通道的AD影响值近似为零，因此只需记录第i通道对第i-1通道、第i通道、以及第i+1通道的AD影响值即可。记录结果如下表1所示，表中第一列为施加标定力的通道号，第二列数据为施加标定力的通道对其前一个通道的AD影响值，第三列数据为施加标定力的通道对本通道的AD影响值，第四列数据为施加标定力的通道对其后一个通道的AD影响值。

板形仪标定装置主要结构如图3a，图3b所示，标定过程中板形仪检测辊5通过电机1带动在轴承座6内转动，标定横梁3通过标定支架2连接在板型仪检测辊5之上，标定杆8套在标定横梁3上，标定杆8可以沿标定横梁3移动并且在预定位置上可进行轴向固定。压轮7安装在标定杆8上，受位于标定杆8一端的标定砝码4的重力作用，使压轮7可随检测辊5一起相向转动，并对检测辊5的通道11中的传感器9产生标定力。当检测出一个通道11及其对相邻通道11的AD影响值后，可解除标定杆8的轴向固定，使其移动到其他通道11上方继续测量。

表1相邻三通道间的AD影响值

由表1数据可计算影响矩阵中各个影响系数β_ji的具体数值，具体如下表2所示。其中，j为矩阵的行号，取值范围为1～n，i为矩阵的列号，取值范围也为1～n。影响矩阵

中除下表中给出的数值外，其余影响系数均为0。

表2影响矩阵中的影响系数β_ji的具体数值

c、计算影响矩阵的逆矩阵

的第1列至第8列元素如下表3所示，其中j为矩阵的行数，i为矩阵的列数。

表3

的第1列至第8列元素

的第9列至第16列元素如下表4所示。

表4

的第9列至第16列元素

的第17列至第24列元素如下表5所示。

表5

的第17列至第24列元素

的第25列至第32列元素如下表6所示。

表6

的第25列至第32列元素

的第33列至第40列元素如下表7所示。

表7

的第33列至第40列元素

的第41列至第48列元素如下表8所示。

表8

的第41列至第48列元素

的第49列至第56列元素如下表9所示。

表9

的第49列至第56列元素

的第57列元素如下表10所示。

表10

的第57列元素

d、根据板形仪实测信号，通过影响矩阵的逆矩阵进行通道解耦，具体包括：

d1、给定一组板形仪检测力信号H_i，其中i的取值范围为1～n，将H_i组成一组列向量

力向量

如下表11第二列所示。

d2、将影响矩阵的逆矩阵

与列向量

相乘，可以得到一组新的向量

该向量即为解耦后的真实力向量，该向量共有n个元素，每个元素为F_i，

向量如表11第三列所示。

表11一组解耦前后的板形仪检测力信号

e、计算通道解耦后板形分布，具体包括：

e1、给定带材总张力T＝64kN，带材宽度B＝1150mm，带材平均厚度h＝1.0mm，计算带材平均张应力σ_mean＝T/(Bh)＝55.65MPa；

e2、将带材宽度B除以通道宽度b得到44.23，取整后得到m₁＝45；

e3、m₁为奇数，故令带材覆盖板形仪的通道数m＝m₁＝45；

e4、令带材覆盖板形仪的通道数的左边界号m_z＝(n-m)/2+1＝(57-45)/2+1＝7，带材覆盖板形仪的通道数的右边界号m_y＝n-(n-m)/2＝57-(57-45)/2＝51；

e5、计算平均力

e6、给定带材弹性模量E＝210000MPa，泊松比υ＝0.3，计算真实板形分布

其中i的取值范围为m_z～m_y，计算结果如下表12第三列所示。如果不对检测力向量

进行解耦处理，直接采用

计算板形分布，其计算结果如表12第二列所示。

表12解耦前后板形分布值对比

对比表12二三列并作图4，从图4中可知，如果不对检测力向量

进行解耦处理，如图4曲线L1所示，会造成两边部通道2～4(I-Unit)的板形误差，说明此时计算出的整体板形数据误差较大。通过影响矩阵的逆矩阵对检测力向量

进行解耦处理后，如图4曲线L2所示，两边通道板形趋于合理，即复现了真实的力向量与板形分布。

本发明通过影响矩阵求逆并与检测力向量相乘的方法，实现了整辊式板形仪通道间耦合现象的解耦，复现了真实的力向量与板形分布，提高板形检测精度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。

Claims (3)

1.一种冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法，其特征在于：在整辊式板形仪检测辊的内部靠近表面处，沿检测辊的轴向加工若干个细长孔，圆周阵列布置，细长孔沿着轴向等距离地分隔成多个通道，每个通道内设置一个传感器；通过板形仪标定装置对通道i施加标定力，记录得到第i通道对第j通道的AD影响值，标定过程中板形仪检测辊通过电机带动在轴承座内转动，标定横梁通过标定支架连接在板型仪检测辊之上，标定杆套在标定横梁上，标定杆沿标定横梁移动并且在预定位置上进行轴向固定；当检测出一个通道及其对相邻通道的AD影响值后，解除标定杆的轴向固定，使其移动到其他通道上方继续测量，以下由人工标定和计算机执行的步骤包括：

a、给定板形仪通道数n与通道宽度b；

b、获得通道间信号相互干扰的影响矩阵，具体包括如下步骤：

b1、令临时变量i＝1；

b2、令临时变量j＝1；

b3、使用板形仪标定装置对板形仪第i通道施加标定力；

b4、记录第i通道对第j通道的AD影响值a_ji；

b5、判断j＝n是否成立，若成立，则进入b6；若不成立，令j＝j+1，返回b4；

b6、判断i＝n是否成立，若成立，则进入b7；若不成立，令i＝i+1，返回b3；

b7、令临时变量i＝1；

b8、令临时变量j＝1；

b9、计算第i通道对第j通道的影响系数β_ji＝a_ji/a_jj；

b10、判断j＝n是否成立，若成立，则进入b11；若不成立，令j＝j+1，返回b9；

b11、判断i＝n是否成立，若成立，则进入b12；若不成立，令i＝i+1，返回b9；

b12、由全部的β_ji形成通道间相互耦合的影响矩阵

为方阵，其中，j为矩阵的行号，取值范围为1～n，i为矩阵的列号，取值范围也为1～n；

c、计算影响矩阵的逆矩阵

d、根据板形仪实测信号，通过影响矩阵的逆矩阵进行通道解耦：以及

e、获得通道解耦后板形分布。

2.根据权利要求1所述的冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法，对实测信号进行解耦，其特征在于：所述步骤d，具体包括：

d1、给定一组板形仪检测力信号H_i，其中i的取值范围为1～n，将H_i组成一组列向量

d2、将影响矩阵的逆矩阵

与列向量

相乘，可以得到一组通道解耦后的真实力向量

所述真实力向量

共有n个元素，每个元素为F_i。

3.根据权利要求1或者2所述的冷轧带材整辊式板形仪通道相互耦合的解耦方法，得到解耦后真实板形分布，其特征在于：所述步骤e，具体包括：

e1、给定带材总张力T，带材宽度B，带材平均厚度h，计算带材平均张应力σ_mean＝T/(Bh)；

e2、将带材宽度B除以通道宽度b并取整，得到一个临时的整数m₁；

e3、判断m₁为奇数是否成立，若成立，令带材覆盖板形仪的通道数m＝m₁，进入e4；若不成立，令带材覆盖板形仪的通道数m＝m₁+1，进入e4；

e4、令带材覆盖板形仪的通道数的左边界号m_z＝(n-m)/2+1，带材覆盖板形仪的通道数的右边界号m_y＝n-(n-m)/2；

e5、计算平均力

e6、给定带材弹性模量E，泊松比υ，并计算真实板形分布

其中i的取值范围为m_z～m_y。

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