CN111360083B - 一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法，该方法：实时比较反馈式AGC控制器的输出和反馈式AGC执行器的输出，对执行器是否处于饱和状态以及对抗饱和控制环节是否需要投入进行准确判断：当执行器未处于饱和状态时，执行器的输出完全等于控制器的输出，抗饱和控制环节不参与控制厚度；当执行器发生饱和时，控制器的输出不能完全被执行器输出，未能被执行器输出的那部分控制器输出将转化为抗饱和控制环节输出，抗饱和控制环节参与控制厚度。本发明针对反馈式AGC出现执行器饱和时的特殊状态进行专门的补偿，有助于在反馈式AGC执行器出现饱和状态时避免厚度波动，从而提高冷连轧产品质量。

Description

一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法
技术领域
本发明属于金属板带材轧制自动控制技术领域，具体涉及一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法。
背景技术
在金属板带材冷连轧过程中，最常用的厚度控制方法是对当前机架轧出的轧件厚度进行反馈控制，以保证成品厚度精度，这种厚度控制方法称为反馈式AGC。板带材冷连轧的反馈式AGC通常以轧机主传动系统作为执行器，以调节上游机架间速度差为手段，来消除当前机架轧出的厚度偏差。图1为反馈式AGC的控制框图，h*为轧出厚度设定值；δh为送入控制器的轧出厚度偏差；h为经过反馈式AGC调节后的实际轧出厚度；为了保证轧出厚度没有静差，反馈式AGC一般采用积分控制器，Ki为积分系数；un为控制器的输出；us为执行器的输出；Gp(s)为被控对象的传递函数。由于轧件厚度规格很薄，在金属板带材冷连轧中必须施加工艺润滑并将轧机速度升至较高速度后，使轧辊与轧件建立良好的摩擦状态，以保证轧制状态的稳定。在达到稳态轧制速度之前的低速阶段，此时由于轧辊与轧件尚未建立良好的摩擦状态，反馈式AGC的执行器对实际厚度的调节效率大幅度下降。为了维持精确的轧出厚度，反馈式AGC的积分控制器输出un持续给定至执行器来调节上游机架间速度差。但是，执行器对上游机架间速度差的可调节区间是有限的，即执行器的输出us是有限幅的。当轧机在低速阶段轧制时间过长时，往往造成执行器输出饱和(如图1虚线框所示)，即无法完全执行控制器输出的调节量，此时反馈式AGC控制器的输出un与执行器的输出us不等，导致反馈式AGC性能的恶化，进而导致厚度波动，严重危害冷连轧产品质量。
然而，在金属板带材冷连轧生产中，当遇到入口活套量不足、轧件板形差和轧件裂边等问题时，轧机不得不长时间处于低速阶段，并极易出现上述的反馈式AGC执行器输出饱和现象，导致轧件厚度波动，大幅度降低冷连轧产品厚度质量。截止目前，尚缺少具有实用性的反馈式AGC抗饱和控制方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法，在反馈式AGC发生执行器输出饱和的情况时有效提高冷连轧厚度控制精度。
本发明的实现过程如下：
图2为本发明的带有抗饱和控制的反馈式AGC控制框图，其中，Ka为抗饱和控制系数；ua为抗饱和控制环节输出。实时比较控制器的输出un和执行器的输出us，对执行器是否处于饱和状态以及对抗饱和控制环节是否需要投入进行准确判断：当执行器未处于饱和状态时，执行器的输出完全等于控制器的输出，即un＝us，则ua为0，抗饱和控制环节不参与控制厚度；当执行器发生饱和时，控制器的输出不能完全被执行器输出，即un≠us，未能被执行器输出的那部分控制器输出将转化为抗饱和控制环节输出ua，抗饱和控制环节参与控制厚度。然而，当执行器处于饱和状态时无法通过原始执行器进行厚度控制，即利用轧机主传动系统改变上游机架间速度差来控制厚度。因此，抗饱和控制环节输出ua为当前机架的辊缝调节量，通过改变当前机架的辊缝来影响上游机架间张力，进而实现对厚度的控制。
下面推导抗饱和控制系数Ka和抗饱和控制环节的输出ua：
方法为：由于各个机架的轧制参数被机架间张力联系在一起。以机架间张力为中间变量，首先，建立上游机架间张力变化量与上游机架间速度差变化量之间的关系式；然后，建立上游机架间张力变化量与当前机架辊缝变化量之间的关系式；最后，推导出上游机架间速度差变化量与当前机架辊缝变化量之间的关系式，从而确定抗饱和控制系数Ka和抗饱和控制环节的输出ua。
1)上游机架间张力变化量与上游机架间速度差变化量之间的关系式
机架间张力增量公式如式(1)所示。
Figure GDA0003072554450000021
式中，δTi-1,i为上游机架间张力变化量；E为轧件的弹性模量；B为轧件的宽度；hen,i为上游机架和当前机架间轧件厚度；Li-1,i为上游机架和当前机架间轧件长度，因机架间张力的作用，其值与上游机架和当前机架间距离相等；δVex,i为当前机架出口轧件速度变化量；δVex,i-1为上游机架出口轧件速度变化量；i为机架号。
机架出口轧件速度与机架速度之间的关系如下：
Vex,i＝Vi·(1+fi) (2)
Vex,i-1＝Vi-1·(1+fi-1) (3)
式中，Vex,i和Vex,i-1分别为当前机架和上游机架出口轧件速度；Vi和Vi-1分别为当前机架和上游机架速度；fi和fi-1分别为当前机架和上游机架前滑值，当轧机处于低速阶段，各机架前滑值之间的差值极小，fi和fi-1可由轧机低速阶段前滑值f代替。
根据式(1)、式(2)和式(3)，上游机架间张力变化量与上游机架间速度差变化量之间的关系式如式(4)所示。
Figure GDA0003072554450000031
其中，δVi-δVi-1即为上游机架间速度差变化量。
2)建立上游机架间张力变化量与当前机架辊缝变化量之间的关系式
上游机架间张力变化量与当前机架辊缝变化量之间的关系通过轧机刚度系数和轧制力偏微分系数建立，如式(5)所示。
Figure GDA0003072554450000032
式中，Mm,i为当前机架的轧机刚度系数；
Figure GDA0003072554450000033
为当前机架轧制力对上游机架间张力的偏微分系数。
3)上游机架间速度差变化量与当前机架辊缝变化量之间的关系式
将式(5)带入式(4)，则
Figure GDA0003072554450000034
由式(6)得上游机架间速度差变化量与当前机架辊缝变化量之间的关系式如式(7)所示。
Figure GDA0003072554450000035
4)抗饱和控制系数Ka和抗饱和控制环节的输出ua
式(7)，可得抗饱和控制系数Ka和抗饱和控制环节的输出ua，分别如式(8)和式(9)所示。
Figure GDA0003072554450000036
ua＝Kα∫(un-us)dt (9)
根据图2确定抗饱和控制环节的输出ua如式(10)所示。
ua＝Kα∫(un-us)dt (10)
可见，图2确定出的抗饱和控制环节的输出ua与式(9)完全一致。
当反馈式AGC的执行器未饱和时，控制器的输出un等于执行器的输出us，根据式(10)则有ua＝Kα·0＝0，此时，抗饱和控制环节的输出为0，不参与控制厚度。当反馈式AGC的执行器出现饱和状态时，执行器的输出us无法完全执行控制器的输出un，根据式(10)，抗饱和控制环节的输出ua不为0，参与厚度控制。
因此，图2中所示的反馈AGC抗饱和控制方法，可在执行器出现饱和时，实现以当前机架辊缝调节来完成当执行器饱和时无法执行的控制器输出。
其中，上游机架和当前机架间轧件长度Li-1,i与相应的机架间距离相等，以及当前机架的轧机刚度系数Mm,i从轧机机械数据中获取；轧件的弹性模量E和轧件的宽度B从轧件原始数据中获取；轧机低速阶段前滑值f和当前机架轧制力对上游机架间张力的偏微分系数
Figure GDA0003072554450000046
从轧制规程数据中获取；上游机架和当前机架间轧件厚度hen,i由在线厚度检测仪表测量获取，例如，可由安装于机架间的测厚仪测量获取。
本发明的金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法，包括以下步骤：
步骤1：输入轧机机械数据，包括：当前机架的轧机刚度系数Mm,i；上游机架和当前机架之间距离，即为上游机架和当前机架之间轧件长度Li-1,i；
步骤2：输入轧件原始数据，包括：轧件的弹性模量E；轧件的宽度B；输入轧制规程数据，包括：轧机低速阶段前滑值f；当前机架轧制力对上游机架间张力的偏微分系数
Figure GDA0003072554450000047
其中Pi是当前机架轧制力，Ti-1,i是上游机架间张力；
步骤3：设定轧件样本长度为Li-1,i，对每一个样本长度Li-1,i的上游机架和当前机架间轧件厚度进行多点测量、采集和平均值计算，得到的平均厚度作为上游机架和当前机架之间轧件厚度hen,i；
步骤4：对抗饱和控制系数Ka进行计算，计算公式如式(11)所示；
Figure GDA0003072554450000041
步骤5：对抗饱和控制环节的输出ua进行计算，计算公式如式(12)所示；
ua＝Kα∫(un-us)dt。 (12)
本发明的有益效果：
本发明提出了一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法，本发明针对反馈式AGC出现执行器饱和时的特殊状态进行专门的补偿，有助于在反馈式AGC执行器出现饱和状态时避免厚度波动，从而提高冷连轧产品质量。同时，本发明通过软件编程实现，不需要改造轧线设备及仪表配置，无需成本上的投入，在具有反馈式AGC功能的轧线上均能实现，可以广泛推广到金属板带材冷连轧机中。
附图说明
图1为本发明的发明内容中金属板带材冷连轧反馈式AGC控制框图。
图2为本发明的发明内容中金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法控制框图。
具体实施方式
本发明的一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法结合实施例加以说明。
本实施例中，针对某五机架冷连轧机组5号机架的反馈式AGC设置本发明的抗饱和控制环节。5号机架前安装有X射线测厚仪和激光测速仪，可对上游机架间轧件厚度和速度实现精确测量。轧制牌号为MRT4的带钢，5号机架出口设定厚度为0.22mm，5号机架压下率设定值为15％，涉及本实施例的轧机机械数据、轧件原始数据和轧制规程数据如表1所示。此时，4号机架和5号机架间轧件速度为229.2m/min。
表1涉及本实施例的数据
Figure GDA0003072554450000051
一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法，包括以下步骤：
步骤1：输入轧机机械数据，包括：5号机架的轧机刚度系数Mm,i为3528kN/mm；4号机架和5号机架间距离，即为4号机架和5号机架之间轧件长度Li-1,i为5500mm；
步骤2：输入轧件原始数据，包括：轧件的弹性模量E为202.9GPa；轧件的宽度B为1000mm；输入轧制规程数据，包括：轧机低速阶段前滑值f为3.1％；5号机架轧制力对4号机架和5号机架间张力的偏微分系数
Figure GDA0003072554450000052
为213；
步骤3：设定轧件样本长度为Li-1,i＝5500mm，对当前4号机架和5号机架间轧件样本的厚度以50ms为周期进行测量、采集，当前4号机架和5号机架间轧件速度为229.2m/min，4号机架和5号机架间轧件厚度实测值如表2所示；
表2当前轧件样本的厚度实测值
Figure GDA0003072554450000061
计算表2数据的平均值为0.294mm，则当前样本4号机架和5号机架间轧件厚度hen,i为0.294mm；
步骤4：对抗饱和控制系数Ka进行计算，Ka为
Figure GDA0003072554450000062
步骤5：对抗饱和控制环节的输出ua进行计算，ua为
ua＝0.675×∫(un-us)dt。

Claims (1)

1.一种金属板带材冷连轧抗饱和厚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：输入轧机机械数据，包括：当前机架的轧机刚度系数Mm,i；上游机架和当前机架之间距离，即为上游机架和当前机架之间轧件长度Li-1,i；
步骤2：输入轧件原始数据，包括：轧件的弹性模量E；轧件的宽度B；输入轧制规程数据，包括：轧机低速阶段前滑值f；当前机架轧制力对上游机架间张力的偏微分系数
Figure FDA0003072554440000011
其中Pi是当前机架轧制力，Ti-1,i是上游机架间张力；
步骤3：设定轧件样本长度为Li-1,i，对每一个样本长度Li-1,i的上游机架和当前机架间轧件厚度进行多点测量、采集和平均值计算，得到的平均厚度作为上游机架和当前机架之间轧件厚度hen,i；
步骤4：对抗饱和控制系数Ka进行计算，具体计算公式为：
Figure FDA0003072554440000012
步骤5：对抗饱和控制环节的输出ua进行计算，具体计算公式为：ua＝Kα∫(un-us)dt；其中，un为反馈式AGC控制器的输出；us为反馈式AGC执行器的输出。
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