CN111330981B - 一种炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，属于金属加工控制技术领域。该方法首先标定卷筒槽口穿带位置为零位，在启动卷筒槽口自动定位时，以360减去卷筒槽口角度反馈值θ作为控制偏差e，根据控制偏差e的大小去动态调整卷取机线速度，当槽口实际角度大于控制阈值γ时，将卷取机设定线速度置零，完成卷筒槽口的自动定位，当卷取机反馈线速度为零时，保存此刻的控制偏差e，根据e的大小对控制阈值γ进行自学习，以提高下一次槽口的定位精度。本发明基于自学习的算法，不需要人去干预控制过程，提高了炉卷轧机槽口定位控制系统的控制精度和稳定性。

Description

一种炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法
技术领域
本发明涉及金属加工控制技术领域，特别是指一种炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法。
背景技术
炉卷轧机生产线是热轧生产线的一种形式，其特点是在可逆轧机的入口侧和出口侧分别布置了一台卷取炉，卷取炉的卷取机设备结构与传统地下卷取机的不同，炉卷取机不存在助卷辊或助卷皮带等助卷设备，它是通过炉卷轧机卷筒上的槽口来固定带钢头部，然后进行后续的带钢建张和卷取生产作业。炉卷轧机的卷取工艺控制过程为：在穿带前首先对卷筒槽口进行精确定位，使槽口位置处于穿带位置，待带钢头部进入槽口约300～500mm长度时，开始启动卷取机转动，使带钢在卷筒与轧机之间建立张力，并开始正常的卷取轧制。
卷筒槽口的开度一般约为150mm，槽口的穿带位置为槽口下沿与穿带导板处于同一平面的位置，只有这样才能顺利完成穿带过程。如果槽口下沿高于或者低于穿带导板平面，再加上带钢头部经常会上翘或者下扣，就容易造成带钢头部卡在卷筒槽口位置，造成穿带失败事故，精确控制卷筒槽口的位置，是穿带顺利进行的前提条件。炉卷取机卷筒直径一般为1350.0mm，卷筒槽口角度每变化1.0°，卷筒槽口位置的变化约为11.8mm，从以上数据可知，卷筒角度的微小变化就会导致卷筒槽口位置的较大变化，所以，槽口角度的控制误差要小于0.5°。炉卷取机设备主要包括卷筒、减速机和传动电机，由于设备的机械间隙、惯性以及传动系统的控制精度等原因，造成在卷取机速度给定值为零时，卷取机并不能瞬间停下来，如图4所示，此阶段相当于失控阶段，这样就增大了槽口精确定位的控制难度。而且，炉卷轧机当前道次带钢抛出至下一道次带钢咬入时间间隔一般为3～5s，即槽口定位要在5s时间内完成，快速、高精度的卷筒槽口定位控制，是炉卷取机基本的工艺控制要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，该方法基于自学习的控制技术，实现炉卷轧机卷筒槽口的快速、高精度的定位控制。
该方法首先标定卷筒槽口穿带位置为零位，在启动卷筒槽口自动定位时，以360减去卷筒槽口实际角度θ作为控制偏差e，然后根据控制偏差e的大小去动态调整卷取机线速度，当槽口实际角度大于控制阈值γ时，将卷取机设定线速度置零，完成卷筒槽口的自动定位，当卷取机反馈线速度为零时，保存此刻的控制偏差e，根据e的大小对阈值γ进行自学习，以提高下一次槽口的定位精度。
具体包括步骤如下：
(1)在卷筒槽口定位启动的时刻，根据卷筒槽口角度反馈值θ的大小判断槽口完成定位所需圈数n；
(2)根据卷筒槽口角度反馈值θ及槽口完成定位所需圈数n，计算控制偏差e；
(3)启动卷筒槽口定位控制，根据控制偏差e的大小计算槽口定位时的卷取机线速度给定值Vref；
(4)实时判断卷筒槽口是否经过零位位置，当卷筒槽口经过零位位置时，槽口完成定位所需圈数n就自减1，且n≥0；
(5)当满足|e|≤Dez且θ≥γ时，则判定为卷筒槽口定位完成，此刻将卷取机线速度给定值Vref置零，其中，Dez为槽口定位精度，γ为控制阈值；
(6)当卷筒槽口完成定位且卷取机线速度反馈值为零时，锁定此刻的卷筒槽口角度反馈值为θL，并对控制阈值γ进行修正自学习。
其中，步骤(1)中槽口完成定位所需圈数n的判断依据为：
Figure BDA0002399090710000021
其中，β为定位圈数判断阈值。
步骤(2)中控制偏差e的计算方式如下：
e＝360n-θ。
步骤(3)中卷取机线速度给定值Vref满足：LU≥Vref≥LL>0，卷取机线速度给定值Vref的计算方法如下：
Figure BDA0002399090710000031
其中，LL为卷筒槽口定位时卷取机的最小线速度，LU为卷筒槽口定位时卷取机的最大线速度，LU的取值范围为0.5～2.0m/s，K为增益系数。
卷筒槽口角度反馈值θ由安装在卷筒上的编码器进行检测，槽口穿带位置标定为槽口角度的零位，且卷筒槽口定位的目标位置就是槽口角度的零位位置。
定位圈数判断阈值β的计算方法如下：
Figure BDA0002399090710000032
步骤(4)中卷筒槽口经过零位位置的判断依据为：相邻两个PLC扫描周期的卷筒槽口角度反馈值的变化量大于阈值α，判定公式为：|θi-θi-1|＞α，
其中，θi为当前PLC扫描周期卷筒槽口角度反馈值，θi-1为上一个PLC扫描周期卷筒槽口角度反馈值。
步骤(6)中根据槽口角度锁定值θL的大小对控制阈值γ进行修正自学习：
Figure BDA0002399090710000033
Figure BDA0002399090710000034
其中，λ为自学习值，ω为自学习系数，λ的取值范围为：-Dez＜λ＜Dez。
阈值α的取值与LU和PLC扫描周期Ts有关系，计算公式为：
Figure BDA0002399090710000035
其中，D为卷筒直径，η为调整系数，η的取值范围为1.0～5.0。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，基于自学习的控制算法，根据上一次槽口定位完成后的槽口角度定位偏差值的大小，去优化调整下次卷筒槽口定位控制参数，虽然有设备的机械间隙和惯性等外在不良因素的影响，但是通过自学习及参数的自优化，可以逐渐把外部因素的影响减小，提高最终的定位控制精度。该方法实现简单，不用增加任何硬件就可以实现卷筒槽口的高精度定位控制。
附图说明
图1为本发明的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法的设备结构示意图；
图2为本发明的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法的控制流程图；
图3为本发明的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法的卷筒槽口定位过程中卷取机线速度和槽口角度曲线图；
图4为本发明的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法的卷筒槽口定位完成时卷取机线速度和槽口角度曲线局部放大图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，图1为本发明所用设备的结构示意图，如图2所示，该方法首先标定卷筒槽口穿带位置为零位，在启动卷筒槽口自动定位时，以360减去槽口角度反馈值θ作为控制偏差e，然后根据控制偏差e的大小去动态调整卷取机线速度，当槽口实际角度大于控制阈值γ时，将卷取机设定线速度置零，完成卷筒槽口的自动定位，当卷取机反馈线速度为零时，保存此刻的控制偏差e，根据e的大小对阈值γ进行自学习，以提高下一次槽口的定位精度。
包括步骤如下：
(1)在卷筒槽口定位启动的时刻，先根据卷筒槽口角度反馈值θ的大小来判断槽口完成定位所需圈数n；
(2)根据卷筒槽口角度反馈值θ及槽口完成定位所需圈数n，计算控制偏差e；
(3)启动卷筒槽口定位控制，根据控制偏差e的大小计算槽口定位时的卷取机线速度给定值Vref；
(4)实时判断卷筒槽口是否经过零位位置，当卷筒槽口经过零位位置时，槽口完成定位所需圈数n就自减1，且n≥0；
(5)当满足|e|≤Dez且θ≥γ时，则判定为卷筒槽口定位完成，此刻将卷取机线速度给定值Vref置零，其中，Dez为槽口定位精度，γ为控制阈值；
(6)当卷筒槽口完成定位且卷取机线速度反馈值为零时，锁定此刻的卷筒槽口角度反馈值为θL，并对控制阈值γ进行修正自学习。
本发明控制过程槽口角度和卷取机线速度曲线如图3所示，其中，t1为卷筒槽口定位启动时刻；t2为卷筒槽口定位结束时刻；图4为t2时刻的曲线局部放大图，在卷取机线速度设定变为零时，卷筒槽口角度先增大至0.6°然后最终稳定在0.05°，可以明显看出，本发明将槽口定位角度偏差控制在±0.1°以内，有效提高了卷筒槽口定位精度，满足了生产需求。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
该方案在某厂1780mm炉卷轧线上实施，具体实施步骤如下：
步骤一：在卷筒槽口定位启动的时刻，先根据卷筒槽口角度反馈值θ的大小判断卷筒转第一圈时完成自动定位还是在卷筒转第二圈时完成定位，槽口完成定位所需圈数n的判断依据为：
Figure BDA0002399090710000051
式中，β为定位圈数判断的阈值；
其中，β的计算公式为：
Figure BDA0002399090710000052
LU＝1.0m/s，K＝0.1。
步骤二：根据卷筒槽口角度反馈值θ及槽口完成定位所需圈数n，计算控制偏差e，计算公式为：e＝360n-θ；
步骤三：启动卷筒槽口定位控制，根据控制偏差e的大小计算槽口定位时的卷取机线速度给定值Vref，计算公式为：
Figure BDA0002399090710000053
卷取机线速度给定值Vre满足：LU≥Vref≥LL>0，其中，LL＝0.15m/s。
步骤四：实时判断卷筒槽口是否经过零位位置，当卷筒槽口经过零位位置时，槽口完成定位所需圈数n就自减1，且n≥0；
卷筒槽口经过零位位置的判断依据为：相邻两个PLC扫描周期的卷筒槽口角度反馈值的变化量大于阈值α，判定公式为：|θi-θi-1|＞α，
式中，θi为当前PLC扫描周期卷筒槽口角度反馈值，θi-1为上一个PLC扫描周期卷筒槽口角度反馈值。
阈值α的取值与LU和PLC扫描周期Ts有关系，计算公式为：
Figure BDA0002399090710000061
式中，D＝1.35m；η＝3.0，Ts＝0.004s。
步骤五：当满足|e|≤Dez且θ≥γ时，则判定为卷筒槽口定位完成，此刻将卷取机线速度给定值Vref置零，其中，Dez＝0.5；
步骤六：当卷筒槽口完成定位且卷取机线速度反馈值为零时，锁定此刻的卷筒槽口角度反馈值为θL，并对控制阈值γ进行自学习。
根据槽口角度锁定值θL的大小对控制阈值γ进行修正自学习：
Figure BDA0002399090710000062
Figure BDA0002399090710000063
式中，ω＝0.2。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：首先标定卷筒槽口穿带位置为零位，在启动卷筒槽口自动定位时，以360减去卷筒槽口实际角度θ作为控制偏差e，然后根据控制偏差e的大小动态调整卷取机线速度，当槽口实际角度大于控制阈值γ时，将卷取机设定线速度置零，完成卷筒槽口的自动定位，当卷取机反馈线速度为零时，保存此刻的控制偏差e，根据e的大小对阈值γ进行自学习，以提高下一次槽口的定位精度；
具体包括步骤如下：
(1)在卷筒槽口定位启动的时刻，根据卷筒槽口角度反馈值θ的大小判断槽口完成定位所需圈数n；
(2)根据卷筒槽口角度反馈值θ及槽口完成定位所需圈数n，计算控制偏差e；
(3)启动卷筒槽口定位控制，根据控制偏差e的大小计算槽口定位时的卷取机线速度给定值Vref；
(4)实时判断卷筒槽口是否经过零位位置，当卷筒槽口经过零位位置时，槽口完成定位所需圈数n就自减1，且n≥0；
(5)当满足|e|≤Dez且θ≥γ时，则判定为卷筒槽口定位完成，此刻将卷取机线速度给定值Vref置零，其中，Dez为槽口定位精度，γ为控制阈值；
(6)当卷筒槽口完成定位且卷取机线速度反馈值为零时，锁定此刻的卷筒槽口角度反馈值为θL，并对控制阈值γ进行修正自学习。
2.根据权利要求1所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中的槽口完成定位所需圈数n的判断依据为：
Figure FDA0003068404930000011
其中，β为定位圈数判断阈值。
3.根据权利要求1所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中控制偏差e的计算方式如下：
e＝360n-θ。
4.根据权利要求1所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中卷取机线速度给定值Vref满足：LU≥Vref≥LL>0，卷取机线速度给定值Vref的计算方法如下：
Figure FDA0003068404930000021
其中，LL为卷筒槽口定位时卷取机的最小线速度，LU为卷筒槽口定位时卷取机的最大线速度，LU的取值范围为0.5～2.0m/s，K为增益系数。
5.根据权利要求1所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述卷筒槽口角度反馈值θ由安装在卷筒上的编码器进行检测，槽口穿带位置标定为槽口角度的零位，且卷筒槽口定位的目标位置就是槽口角度的零位位置。
6.根据权利要求2所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述定位圈数判断阈值β的计算方法如下：
Figure FDA0003068404930000022
LU为卷筒槽口定位时卷取机的最大线速度，K为增益系数。
7.根据权利要求1所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中卷筒槽口经过零位位置的判断依据为：相邻两个PLC扫描周期的卷筒槽口角度反馈值的变化量大于阈值α，判定公式为：|θi-θi-1|＞α，
其中，θi为当前PLC扫描周期卷筒槽口角度反馈值，θi-1为上一个PLC扫描周期卷筒槽口角度反馈值。
8.根据权利要求1所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述步骤(6)中根据槽口角度锁定值θL的大小对控制阈值γ进行修正自学习，具体为：
Figure FDA0003068404930000023
Figure FDA0003068404930000024
其中，λ为自学习值，ω为自学习系数，λ的取值范围为：-Dez＜λ＜Dez。
9.根据权利要求7所述的炉卷轧机卷筒槽口精确定位的控制方法，其特征在于：所述阈值α的取值与LU和PLC扫描周期Ts有关系，计算公式为：
Figure FDA0003068404930000031
其中，D为卷筒直径，η为调整系数，η的取值范围为1.0～5.0。
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