CN110293135B - 一种粗轧宽度动态前馈控制方法 - Google Patents
一种粗轧宽度动态前馈控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明揭示了一种粗轧宽度动态前馈控制方法,由于粗轧来料信息的不准确、带钢轧制过程中头尾位置跟踪误差等原因,会出现传统的宽度控制技术难以消除宽度全部或局部大的偏差。本发明利用粗轧中间道次宽度测量数据,动态识别带钢全长宽度失宽情况,采用全长多点设定控制方法,尽可能在后续道次中补偿宽度失宽情况,解决了带钢全长方向不均匀问题,从而显著提高热轧宽度控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及轧钢控制技术领域,更具体地指一种粗轧宽度动态前馈控制方法。
背景技术
热轧粗轧在R1机架、R2机架后有宽度测量仪表,一般宽度测量后反馈到过程控制系统做平均值处理后用于再设定计算,过程控制系统只考虑全长平均宽度偏差,设定只能解决带钢的整体偏差问题。但是对于带钢局部宽度不均匀性难以改善。由于粗轧来料信息的不准确、带钢轧制过程中头尾位置跟踪误差等原因,会出现宽度全部或局部大的偏差,传统的宽度控制技术难以消除这些偏差。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对上述现有技术热轧粗轧传统的宽度控制技术难以消除宽度全部或局部大的偏差的缺陷问题,本发明的目的在于提供一种粗轧宽度动态前馈控制方法,利用粗轧中间道次宽度测量数据,动态识别带钢全长宽度失宽情况,采用全长多点设定控制方法,尽可能在后续道次中补偿宽度失宽情况,解决了带钢全长方向不均匀问题,从而显著提高热轧宽度控制精度。
(二)技术方案
一种粗轧宽度动态前馈控制方法,包括以下步骤:
S1、宽度实绩及数据处理,粗轧完成某道次轧制后,实际测量到带钢全长数据宽度数据由L1发到L2,L2对于全长测量数据进行基本处理,判定数据是否有效,对于异常数据进行滤波处理;
S2、宽度实绩数据统计处理,计算带钢均值、方差,根据道次出口目标,计算带钢全长各点误差,判定带钢是否存在宽度不均问题;
S3、带钢全长宽度异常数据特征点搜索提取,理想宽度目标一般为矩形,根据目标值,将带钢分成前后两部分,分别搜索特征控制点;
S4、基于特征点的宽度实绩计算相对于特征点对应位置的立辊压下量,利用牛顿弦截法迭代求得各个特征点立辊压下量;
S5、头、尾部特征数据计算新的补偿控制压下曲线与原正常立辊头、尾部短行程控制曲线合成新的头尾控制曲线,并将设定值下发到L1控制执行。
根据本发明的一实施例,所述步骤S3特征控制点分成4类,分别定义如下:
(1)分界点:带钢头部点、尾部点、头尾分界点;
(2)误差极值点:带钢前半部、后半部的误差极值点;
(3)由极值点沿带钢前后搜索误差为0的点;
(4)由误差极值点与误差0的点之间的中间插值点。
根据本发明的一实施例,所述步骤S3按照带钢位置信息、位置顺序、现场入口带钢前半部和后半部入口宽度特征数据,定义位置、宽度数据结构如下:
根据本发明的一实施例,所述步骤S4利用模型设定实现宽度的全长动态控制,其模型原理如下:
当侧压后平轧时,平轧后板材宽度Wf由以下三项组成:
Wf=We+dWs+dWb
式中:We为侧压后轧件宽度;dWs=f(We,h0,h1,T)为水平轧制后除鼓形回展外的轧件宽展,即水平宽展;
dWb=f(W0,We,h0,R)为水平轧制后的鼓形回展,即“狗骨”宽展;
式中W0为侧压前宽度,We为侧压后轧件宽度,R为水平轧辊半径,h0,h1分别为水平轧制前后带钢的厚度;T为板坯温度。
根据本发明的一实施例,所述步骤S4根据入口宽度、水平辊出口目标宽度,计算立辊压下量,粗轧宽度非线性方程如下,
Wf=We+dWs+dWb
=W0-dw+f(We,h0,h1,T)+f(W0,We,h0,R),
式中:dw为立辊压下量;
令x=dw为立辊压下量,非线性方程为
f(x)=W0-x+f(We,h0,h1,T)+f(W0,We,h0,R)-WTarget
WTarget为立辊出口目标宽度;
通过牛顿弦截法迭代求得立辊压下量dw。
根据本发明的一实施例,所述步骤S4利用牛顿弦截法迭代求得各个特征点立辊压下量:
(三)有益效果
采用了本发明的技术方案,一种粗轧宽度动态前馈控制方法,利用粗轧中间道次宽度测量数据,动态识别带钢全长宽度失宽情况,采用全长多点设定控制方法,尽可能在后续道次中补偿宽度失宽情况,解决了带钢全长方向不均匀问题,从而显著提高热轧宽度控制精度;充分利用带钢各个道次测量得到的全长数据,解决宽度生产过程过程中出现的质量不均匀现象,快速提升了宽度控制指标精度;本发明在1580热轧中应用,宽度控制精提升15%,宽度封锁量下降30%。
附图说明
在本发明中,相同的附图标记始终表示相同的特征,其中:
图1为粗轧宽度控制系统框图;
图2为粗轧宽度动态宽度前馈控制流程图;
图3为带钢宽度特征控制点曲线;
图4为宽展的主要分量图;
图5为侧压前(虚线)、侧压后板坯横断面轮廓图;
图6为实施例1带钢实测宽度数据曲线;
图7为实施例1测量宽度值分布曲线;
图8为实施例1尾部特征控制点曲线;
图9为实施例1尾部特征控制点的立辊前馈压下量曲线;
图10为实施例1尾部特征立辊前馈压与短行程控制曲线合成后的带钢尾部控制曲线;
图11为实施例2原始设定的头部短行程控制曲线;
图12为实施例2原始设定的尾部短行程控制曲线;
图13为实施例2带钢实测宽度数据曲线;
图14为实施例2测量宽度值分布曲线;
图15为实施例2头部特征控制点曲线;
图16为实施例2尾部特征控制点曲线;
图17为实施例2头部特征控制点的立辊前馈压下量曲线;
图18为实施例2尾部特征控制点的立辊前馈压下量曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
结合粗轧宽度控制系统如图1,带钢在粗轧是多道次轧制,宽度控制流程是首先预测带钢在精轧的宽度变化,根据该宽度变化、考虑带钢目标宽度,确定带钢粗轧目标,粗轧设定根据粗轧来料信息设定粗轧各个立辊道次的压下量。宽度测量仪表一般安装在粗轧水平轧机出口处,当粗轧完成前向道次轧制后,一般可以测量获得带钢各个前向道次出口的宽度,对数据统计处理获取带钢平均宽度,根据新的带钢宽度数据对后续带钢压下量进行重新设定。
L2宽度控制各种设定均是解决宽度全长偏差情况,对于全长方向的宽度不均匀不予考虑。本发明充分利用测量得到的宽度全长数据,寻找全长特殊的宽度偏差点,利用R1机架、R2机架后测量的带钢全长数据,识别带钢全长方向宽度不均匀的变化量,开发出带钢全长多点设定技术,解决了带钢全长方向不均匀问题。
结合流程图2,一种粗轧宽度动态前馈控制方法,包括以下步骤:
S1、宽度实绩及数据处理,粗轧完成某道次轧制后,实际测量到带钢全长数据宽度数据由L1发到L2,L2对于全长测量数据进行基本处理,判定数据是否有效,对于异常数据进行滤波处理;
S2、宽度实绩数据统计处理,计算带钢均值、方差,根据道次出口目标,计算带钢全长各点误差,判定带钢是否存在宽度不均问题;
S3、带钢全长宽度异常数据特征点搜索提取,理想宽度目标一般为矩形,根据目标值,将带钢分成前后两部分,分别搜索特征控制点。
特征控制点分成4类,如图3所示,分别定义如下:
(1)分界点:带钢头部点、尾部点、头尾分界点;
(2)误差极值点:带钢前半部、后半部的误差极值点;
(3)由极值点沿带钢前后搜索误差为0的点;
(4)由误差极值点与误差为0的点之间的中间插值点。
按照带钢位置信息、位置顺序、现场入口带钢前半部和后半部入口宽度特征数据,定义位置、宽度数据结构如下:
S4、基于特征点的宽度实绩计算相对于特征点对应位置的的立辊压下量,利用牛顿弦截法迭代求得各个特征点立辊压下量;
利用模型设定实现宽度的全长动态控制,其模型原理如下:
(1)狗骨和自然宽展模型
当侧压后平轧时,平轧后板材宽度Wf可由以下三项组成(如图4、5所示):
Wf=We+dWs+dWb (1)
式中:We为侧压后轧件宽度;dWs=f(We,h0,h1,T)为水平轧制后除鼓形回展外的轧件宽展,即水平宽展;式中h0,h1分别为水平轧制前后带钢的厚度;T为板坯温度。dWb=f(W0,We,h0,R)为水平轧制后的鼓形回展,即“狗骨”宽展;式中W0为侧压前宽度,We为侧压后轧件宽度,R为水平轧辊半径;h0,hb,he分别为:侧压前厚度,侧压后狗骨厚度,侧压后厚度。
(2)牛顿弦截法
设如下非线性方程:
f(x)=a0xk+a1xk-1+......+ak-1x0=0(an≠0) (2)
解非线性方程f(x)=0的牛顿法是把非线性方程线性化的一种近似方法。把f(x)=0在x0点附近展开成泰勒级数
取其线性部分,作为非线性方程f(x)=0的近似方程,则有
f(x0)+(x-x0)f′(x0)=0
设f′(x0)≠0,令其解为x1,则
再把f(x)在x1附近展开成泰勒级数,也取其线性部分作f(x)=0的近似方程。若f′(x1)≠0,则得
这样,得到牛顿法的一个迭代序列
通过反复迭代计算,即可求得非线性方程的解。
(3)根据入口宽度、水平辊出口目标宽度,计算立辊压下量
粗轧宽度非线性方程如式(5)所示。
式中:dw为立辊压下量;
令x=dw为立辊压下量,非线性方程为:
f(x)=W0-x+f(We,h0,h1,T)+f(W0,We,h0,R)-WTarget (6)
WTarget为立辊出口目标宽度;
通过牛顿弦截法迭代求得立辊压下量dw。
利用牛顿弦截法迭代求得各个特征点立辊压下量:
S5、头、尾部特征数据计算新的补偿控制压下曲线与原正常立辊头、尾部短行程控制曲线合成新的宽度控制曲线,并将设定值下发到L1控制执行。
实施例(单位:mm)
实施例1
带钢入口厚度:passEntryThick=133.02;
后续道次立辊压下量:Edraft=38.9;
来料宽度均值:WidthActMean=853.55;
来料温度:Temp=1101.13;
立辊辊径:EDiam=930.25;
水平辊压下量:RDraft=39.3;
水平辊径:RDiam=1158.68;
一般的短行程控制曲线:
头部短行程控制开口度:Head=3.0,4.0,5.0,5.0,4.0,4.0,3.0,2.0,1.0,0
头部短行程控制长度:LengthHead=1050.0
尾部短行程控制开口度:Tail=3.0,3.0,2.0,2.0,2.0,2.0,0.0,0.0,0.0,0.0
尾部短行程控制长度:LengthTail=2500.0
(1)粗轧第1机架第三道次实测宽度曲线:
带钢实测宽度数据曲线图如图6所示,
(2)宽度统计及异常分类判定:
宽度均值:858.29,均方差:1.743,宽度数据分布曲线图如图7,宽度中数:863.25。通过比较宽度分布判定,宽度实际值非正态分布,存在异常不均宽度。
(3)通过数据处理,发觉带钢尾部宽度异常,获取带钢尾部宽度特征控制点数据点,如图8所示。
(4)根据尾部特征数据计算新的补偿控制压下曲线:如图9所示尾部特征控制点的立辊前馈压下量曲线。
(5)尾部特征数据计算新的补偿控制压下量曲线与原正常立辊尾部短行程控制曲线合成一条控制曲线,下发L1控制执行。图10为尾部特征立辊前馈压与短行程控制曲线合成后的带钢尾部控制曲线。
实施例2
带钢入口厚度:passEntryThick=161.02
后续道次立辊压下量:Edraft=32.8
来料宽度均值:WidthActMean=853.55
来料温度:Temp=1091.13
立辊辊径:EDiam=930.25
水平辊压下量:RDraft=30.47
水平辊径:RDiam=1158.68
一般的短行程控制曲线:如图11、图12所示。
(1)粗轧第1机架第三道次实测宽度曲线:带钢实测宽度数据曲线如图13所示。
(2)宽度统计及异常分类判定:宽度均值:1253.067,均方差:0.43,宽度数据分布如图14所示,宽度中数:1249.25。通过比较宽度分布判定,宽度实际值非正态分布,存在异常不均宽度。
(3)通过数据处理,发觉带钢头部、尾部宽度异常,获取带钢尾部宽度特征控制点数据点,头部特征控制点曲线如图15所示,尾部特征控制点曲线如图16所示。
(4)根据尾部特征数据计算新的补偿控制压下曲线:头部特征控制点的立辊前馈压下量曲线如图17所示,尾部特征控制点的立辊前馈压下量曲线如图18所示。
(5)头、尾部特征数据计算新的补偿控制压下曲线与原正常立辊头、尾部短行程控制曲线合成新的头尾控制曲线,下发L1控制执行。
本发明在传统控制原理的基础上,增加了宽度全长的动态前馈控制功能:控制系统在各个道次获得实际测量数据后,进一步检查全长的宽度均匀性,采用宽度全长特征点提取方法,针对各个特征点在宽度再设定的基础上进行全长动态前馈设定,很好解决了宽度不均匀现象。
综上所述,采用了本发明的技术方案,粗轧宽度动态前馈控制方法,利用粗轧中间道次宽度测量数据,动态识别带钢全长宽度失宽情况,采用全长多点设定控制方法,尽可能在后续道次中补偿宽度失宽情况,解决了带钢全长方向不均匀问题,从而显著提高热轧宽度控制精度;本发明在1580热轧中应用,宽度控制精提升15%,宽度封锁量下降30%。
Claims (6)
1.一种粗轧宽度动态前馈控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、宽度实绩及数据处理,粗轧完成某道次轧制后,实际测量到带钢全长数据宽度数据由L1发到L2,L2对于全长测量数据进行基本处理,判定数据是否有效,对于异常数据进行滤波处理;
S2、宽度实绩数据统计处理,计算带钢均值、方差,根据道次出口目标,计算带钢全长各点误差,判定带钢是否存在宽度不均问题;
S3、带钢全长宽度异常数据特征点搜索提取,理想宽度目标为矩形,根据目标值,将带钢分成前后两部分,分别搜索特征控制点;
S4、基于特征点的宽度实绩计算特征点对应位置的立辊压下量,利用牛顿弦截法迭代求得各个特征点立辊压下量;
S5、头、尾部特征数据计算新的补偿控制压下曲线与原正常立辊头、尾部短行程控制曲线合成新的宽度控制曲线,并将设定值下发到L1控制执行。
2.如权利要求1所述的一种粗轧宽度动态前馈控制方法,其特征在于:所述步骤S3特征控制点分成4类,分别定义如下:
(1)分界点:带钢头部点、尾部点、头尾分界点;
(2)误差极值点:带钢前半部、后半部的误差极值点;
(3)由极值点沿带钢前后搜索误差为0的点;
(4)误差极值点与误差为0的点之间的中间插值点。
4.如权利要求1所述的一种粗轧宽度动态前馈控制方法,其特征在于:所述步骤S4利用模型设定实现宽度的全长动态控制,其模型原理如下:
当侧压后平轧时,平轧后板材宽度Wf由以下三项组成:
Wf=We+dWs+dWb
式中:We为侧压后轧件宽度;
dWs=f(We,h0,h1,T)为水平轧制后除鼓形回展外的轧件宽展,即水平宽展;
dWb=f(W0,We,h0,R)为水平轧制后的鼓形回展,即“狗骨”宽展;
式中W0为侧压前宽度,We为侧压后轧件宽度,R为水平轧辊半径,h0,h1分别为水平轧制前后带钢的厚度;T为板坯温度。
5.如权利要求4所述的一种粗轧宽度动态前馈控制方法,其特征在于:所述步骤S4根据入口宽度、水平辊出口目标宽度,计算立辊压下量,粗轧宽度非线性方程如下,
Wf=We+dWs+dWb
=W0-dw+f(We,h0,h1,T)+f(W0,We,h0,R),
式中:dw为立辊压下量;
令x=dw为立辊压下量,非线性方程为
f(x)=W0-x+f(We,h0,h1,T)+f(W0,We,h0,R)-WTarget
WTarget为立辊出口目标宽度;
通过牛顿弦截法迭代求得立辊压下量dw。
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