CN112024611A - 薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法及装置，涉及冶金技术领域，可有效提高控制精度。其中方法包括：根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度；当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

Description

薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法及装置

技术领域

本申请涉及冶金技术领域，尤其涉及到一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法及装置。

背景技术

在薄带连铸的生产工艺中，因为一般仅存在一架或两架轧机，所以要求钢带在进入轧机时，应有较为理想的对中度以及平整度，以保证最佳的轧制效果。对于飞剪以及卷取设备来说，同样对钢带进入设备时的对中度以及平整度有一定的要求。

除了通过调整铸辊横向上冷却强度与轧制力的分布以保证原始铸带的对中度以及平整度以外，还需要靠轧机前以及飞剪前的夹送辊来对钢带进行张力控制以及纠偏控制。尤其是轧机前的夹送辊，薄带连铸工艺相对于传统热连轧生产线，多了钢带由垂直方向行走转向水平方向行走的自由段活套，为了保证铸带进入轧机时能够带有一定张力，避免因铸带平整度不佳造成的折叠轧制问题，轧机前夹送辊需将钢带由自由行走转为带一定张力进入轧机。

然而薄带连铸的工艺特性决定了钢带在轧机前夹送辊处的温度较高，可达900℃～1200℃，此温度区间内钢带强度较差，无法承受过大的张力，因此轧机前夹送辊对钢带施加的张力一般不超过10KN。在进行小张力控制时，系统本身的摩擦阻力等误差会对系统压力检测造成一定程度的干扰，因此需要设计一种控制方法，该控制方法适用于高温钢带的小张力控制以及纠偏控制，能够在一定程度上排除系统阻力的干扰。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法及装置，可弥补夹送辊辊型与铸带板型给控制系统带来的非线性干扰，弥补因机械阻力对夹送辊张力控制产生的误差，减少夹送辊控制非稳态时间，提高控制精度以及薄带连铸产品合格率。

根据本申请的一个方面，提供了一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法，该方法包括：

根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，所述目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度；

当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于所述目标输出值时，计算所述夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；

依据所述目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；

利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；

基于所述第一位移变化值和所述第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于所述目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

根据本申请的另一个方面，提供了一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制装置，该装置包括：

第一计算模块，用于根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，所述目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度；

第二计算模块，用于当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于所述目标输出值时，计算所述夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；

第一判断模块，用于依据所述目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；

第三计算模块，用于利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；

第二判断模块，用于基于所述第一位移变化值和所述第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于所述目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

借由上述技术方案，本申请提供的薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法及装置，与目前薄带连铸的控制方法相比，本申请可首先设计纠偏PID控制器，根据铸带中心偏移量计算PID控制器输出值；当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；进而依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；之后利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；最后基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值分别控制夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。通过本申请中的技术方案，可弥补夹送辊辊型与铸带板型给控制系统带来的非线性干扰，弥补因机械阻力对夹送辊张力控制产生的误差，减少夹送辊控制非稳态时间，提高控制精度以及薄带连铸产品合格率。

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

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的另一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法的流程示意图；

图3示出了本申请实施例所依托的张力纠偏夹送辊形式示意图；

图4示出了本申请实施例提供的夹送辊弧度曲线示意图；

图5示出了本申请实施例提供的夹送辊总弧度曲线绕原点旋转示意图；

图6示出了本申请实施例提供的夹送辊下表面绕原点旋转的角度与夹送辊实际辊缝倾斜量之间的关系示意图；

图7示出了本申请实施例提供的夹送辊实际辊缝倾斜量与夹送辊伺服油缸位移之间的关系示意图；

图8示出了本申请实施例提供的夹送辊处钢带受力分析图；

图9示出了本申请实施例提供的一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制装置的结构示意图；

图10示出了本申请实施例提供的另一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下文将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

为了弥补夹送辊辊型与铸带板型给控制系统带来的非线性干扰，弥补因机械阻力对夹送辊张力控制产生的误差，减少夹送辊控制非稳态时间，提高控制精度以及薄带连铸产品合格率，本实施例提供了一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法，如图1所示，该方法包括：

101、根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度。

对于本实施例的执行主体可为用于薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制设备，可通过该张力纠偏控制设备，实现对薄带连铸轧机前夹送辊与卷取前夹送辊的控制，特别适用于轧机前夹送辊，以保证钢带在进入轧机或卷取时能保证一定的对中度与平整度，进而避免轧制与卷取过程出现因钢带对中度或平整度不佳而产生的问题。

102、当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度。

对于本实施例，在具体的应用场景中，可将夹送辊辊型最低点距离原点的距离大小作为线性衡量夹送辊纠偏能力的依据，具体可预先确定出夹送辊总弧度曲线，并实时监测夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标，将该最低点横坐标与目标输出值进行对比，当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度。

103、依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值。

对于本实施例，在具体的应用场景中，为了计算得到纠偏PID控制器对应夹送辊伺服油缸的第一位移变化值，具体可首先确定出夹送辊下表面绕原点旋转的角度与夹送辊实际辊缝倾斜量之间的关系；而后确定出夹送辊实际辊缝倾斜量与夹送辊伺服油缸位移之间的关系；之后可进一步分别确定出夹送辊操作侧伺服油缸位移变化量以及夹送辊传动侧伺服油缸位移变化量。

104、利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值。

对于本实施例，在具体的应用场景中，可通过设计张力PID控制器，通过整体调整夹送辊双侧伺服油缸位移，控制铸带所受张力大小，具体可根据铸带实际张力值和铸带目标张力值，张力PID控制器计算并输出作用于操作侧与传动侧的伺服油缸位移变化值，即第二位移变化值。

105、基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

对于本实施例，在具体的应用场景中，纠偏PID控制器与张力PID控制器计算出的位移值变化量可同时作用于夹送辊操作侧与传动侧的伺服油缸位置，以便同时对铸带进行纠偏与张力控制。

本实施例提供的一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法，与目前薄带连铸的控制方法相比，本申请可首先设计纠偏PID控制器，根据铸带中心偏移量计算PID控制器输出值；当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；进而依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；之后利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；最后基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值分别控制夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。通过本申请中的技术方案，可弥补夹送辊辊型与铸带板型给控制系统带来的非线性干扰，弥补因机械阻力对夹送辊张力控制产生的误差，减少夹送辊控制非稳态时间，提高控制精度以及薄带连铸产品合格率。

进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了说明上述实施例的具体实施过程，本实施例提供了另一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法，如图2所示，该方法包括：

201、根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度。

对于本实施例，在具体的应用场景中，为了计算得到纠偏PID控制器的目标输出值，实施例步骤201具体可以包括：以铸带跑偏检测系统检测到的铸带中心偏移量作为实际值，以0作为目标值，设计纠偏PID控制器；通过格式化纠偏PID控制器的输出值，以使目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度。

202、以夹送辊下表面宽度方向中心点为原点，利用夹送辊辊型曲线以及铸带板型拟合曲线，确定夹送辊总弧度曲线。

在具体的应用场景中，本申请所依托的张力纠偏夹送辊形式可如图3所示，上辊31与下辊32辊径相同，轴心沿辊道方向存在一定的偏差，以保证上辊31压下时钢带33能够与上辊31之间形成一定的包角。下辊32固定安装，上辊31通过两侧的伺服油缸34、35对其进行位置或压力控制。本发明所设计的张力与纠偏控制方法，最终是依靠上辊31两侧的伺服油缸34、35的不同位置实现的。

对于本实施例，在具体的应用场景中，为了确定出夹送辊总弧度曲线，实施例步骤202具体可以包括：获取以夹送辊下表面宽度方向中心点为原点的夹送辊上辊辊型曲线、夹送辊下辊辊型曲线、钢带板型拟合曲线；基于夹送辊上辊辊型曲线、夹送辊下辊辊型曲线、钢带板型拟合曲线，利用第一计算公式计算夹送辊总弧度曲线。

其中，第一计算公式的特征描述为：

f(x)＝f₁(x)-f₂(x)-f₃(x) (1)

f(x)为夹送辊总弧度曲线，f₁(x)为夹送辊上辊辊型曲线，f₂(x)为夹送辊下辊辊型曲线，f₃(x)为钢带板型拟合曲线。

具体的，如图4所示的夹送辊弧度曲线示意图，其中41为总弧度曲线，42为夹送辊上辊辊型曲线，43为钢带板型拟合曲线，44为夹送辊下辊辊型曲线。

203、实时获取夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标，并对比最低点横坐标与目标输出值。

对于本实施例，由于本申请是以夹送辊辊型最低点距离原点的距离大小作为线性衡量夹送辊纠偏能力的依据，故首先需要进行夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标与纠偏PID控制器输出结果的对比，以便计算出夹送辊总弧度曲线需要绕原点的旋转角度。

204、若判定最低点横坐标等于目标输出值，则利用第二计算公式计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度。

其中，第二计算公式的特征描述为：a＝cosβ·f′^-1(-tanβ)+sinβ·tanβ，a为与目标输出值相等的最低点横坐标，β为目标角度。

具体的，夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度的计算方法为：

设夹送辊总弧度曲线绕原点旋转角度β，

根据旋转变换矩阵，应有：

其中，x₁为转换后的横坐标，单位为mm；y₁为转换后的纵坐标，单位为mm。

计算后得到如下关系：

x₁＝cosβ·x-sinβ·f(x) (3)

y₁＝sinβ·x+cosβ·f(x) (4)

对公式(4)进行求导，得到：

y′₁＝sinβ+cosβ·f′(x) (5)

当y′₁＝0时，该点为夹送辊总弧度曲线旋转后最低点，有如下关系：

y′₁＝0＝sinβ+cosβ·f′(x) (6)

化简后有：

f′(x)＝-tanβ (7)

求公式(7)的反函数，得到：

x＝f′^-1(-tanβ) (8)

设某时刻PID控制器输出为a，

其中L为夹送辊宽度，单位为mm。本申请以夹送辊辊型最低点距离原点的距离大小作为线性衡量夹送辊纠偏能力的依据。当夹送辊辊型最低点横坐标与纠偏PID控制器输出相等时，有a＝x₁，带入公式(3)，得到：

a＝cosβ·x-sinβ·f(x) (9)

将公式(8)带入公式(9)得到：

化简即可得到本实施例中的第二计算公式：

a＝cosβ·f′^-1(-tanβ)+sinβ·tanβ (11)

如图5所示，为夹送辊总弧度曲线绕原点旋转示意图，通过对公式(11)进行求解，即可求出夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度β。

205、依据第三计算公式以及目标角度计算夹送辊实际辊缝倾斜量。

其中，第三计算公式的特征描述为：

P_off＝Ltanβ，其中，P_off为夹送辊实际辊缝倾斜量，L为夹送辊宽度，β为目标角度。

具体的，夹送辊实际辊缝倾斜量P_off的计算公式为：

P_off＝Gap_O-Gap_D (12)

其中，Gap_O为操作侧实际辊缝，单位为mm；Gap_D为传动侧实际辊缝，单位为mm。

根据图6所示，夹送辊下表面绕原点旋转的角度与夹送辊实际辊缝倾斜量之间的关系示意图，可确定P_off与β之间存在如下关系：

P_off＝Ltanβ (14)

206、获取夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，以及夹送辊端部半径、夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离。

其中，夹送辊零点位置为夹送辊上辊下表面端部与下辊上表面端部处于水平时的位置。

207、利用第四计算公式以及夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值、夹送辊端部半径、夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、夹送辊实际辊缝倾斜量，计算夹送辊操作侧伺服油缸的第一位移变化值。

如图7所示，为夹送辊实际辊缝倾斜量与夹送辊伺服油缸位移之间的关系示意图。其中，第四计算公式的特征描述为：

其中，P₀为夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，r为夹送辊端部半径，D为夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、P_off为夹送辊实际辊缝倾斜量。

具体的：可将夹送辊上辊下表面端部与下辊上表面端部处于水平位置时的位置定义为夹送辊零点，此时操作侧伺服油缸位移传感器反馈值为P′_os，传动侧伺服油缸位移传感器反馈值为P′_ds，应有如下关系：

(P₀+2r)²-D²＝4r² (15)

其中P₀为夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，单位为mm；r为夹送辊端部半径，单位为mm；D为夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离，单位为mm。

经过整理上述公式，可得到：

设定在进行纠偏动作时，操作侧与传动侧进行对称的动作。

对于操作侧，应有：

其中ΔP_os为夹送辊操作侧伺服油缸位移变化量，单位为mm。

化简即可得到本实施例中的第四计算公式：

将实施例步骤206中的第三计算公式(14)以及公式(16)带入第四计算公式(18)中，即可得到：

208、利用第五计算公式以及夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值、夹送辊端部半径、夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、夹送辊实际辊缝倾斜量，计算夹送辊传动侧伺服油缸的第一位移变化值。

其中，第五计算公式的特征描述为：

其中，P₀为夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，r为夹送辊端部半径，D为夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、P_off为夹送辊实际辊缝倾斜量。

与实施例步骤207中的操作侧对应，由于在进行纠偏动作时，操作侧与传动侧进行对称的动作，故对于传动侧，应有：

其中ΔP_ds为夹送辊传动侧伺服油缸位移变化量，单位为mm。

化简即可得到本实施例中的第五计算公式：

将实施例步骤206中的第三计算公式(14)以及公式(16)带入第五计算公式(21)中，即可得到：

209、获取铸带目标张力值，并依据第六计算公式确定铸带实际张力值。

具体的，张力PID控制器的设计方法为：

目标值为工艺需求的张力值F_aim，实际张力值F_act需要利用第六计算公式进行计算。根据如图8所示的夹送辊处钢带受力分析图，可得到第六计算公式的特征描述为：

其中，F_act为铸带实际张力，单位为N；μ为夹送辊摩擦系数，取值范围为0.1～0.2；r₁为上夹送辊平均半径，单位为mm；r₂为下夹送辊平均半径，单位为mm；l为铸带平均厚度，单位为mm；F_os为夹送辊操作侧轧制力，单位为N；F_ds为夹送辊传动侧轧制力，单位为N。

210、根据铸带目标张力值和铸带实际张力值，计算作用于操作侧与传动侧的夹送辊伺服油缸的第二位移变化值。

对于本实施例，在依据实施例步骤209计算得到铸带实际张力值后，PID控制器可进一步根据目标张力值F_aim与实际张力值F_act，计算并输出可同时作用于操作侧与传动侧的伺服油缸位移变化值ΔP，即第二位移变化值。

211、基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

在具体的应用场景中，实施例步骤211具体可以包括：将夹送辊上辊下表面端部与下辊上表面端部处于水平位置时的位置定义为夹送辊零点，获取夹送辊零点位置时，夹送辊操作侧伺服油缸位移传感器反馈值以及夹送辊传动侧伺服油缸位移传感器反馈值；基于夹送辊操作侧伺服油缸的第一位移变化量，夹送辊操作侧伺服油缸的第二位移变化值，以及夹送辊操作侧伺服油缸位移传感器反馈值，利用第七计算公式计算夹送辊操作侧伺服油缸的第一目标位移值；基于夹送辊传动侧伺服油缸的第一位移变化量，夹送辊传动侧伺服油缸的第二位移变化值，以及夹送辊传动侧伺服油缸位移传感器反馈值，利用第八计算公式计算夹送辊传动侧伺服油缸的第二目标位移值；根据第一目标位移值调整夹送辊操作侧的伺服油缸位置，根据第二目标位移值调整夹送辊传动侧的伺服油缸位置，以便对铸带进行纠偏和张力控制。

具体的，可利用第七计算公式确定某时刻下操作侧伺服油缸最终输出目标位移值，第七计算公式的特征描述为：

P_os＝P′_os+ΔP_os+ΔP (24)

将实施例步骤207中的公式(19)带入第七计算公式(24)中，即可得到操作侧伺服油缸最终输出目标位移值的计算公式：

相应的，可利用第八计算公式确定某时刻下传动侧伺服油缸最终输出目标位移值，第八计算公式的特征描述为：

P_ds＝P′_ds+ΔP_ds+ΔP (26)

将实施例步骤208中的公式(22)带入第八计算公式(26)中，即可得到传动侧伺服油缸最终输出目标位移值的计算公式：

相应的，为了更能清晰地描述本申请中的技术方案，以下特以轧机前夹送辊的控制为实例，对本申请方案进行加以说明，其中，控制系统应用参数如下：

夹送辊上辊辊型曲线：

f₁(x)＝-7×10^-24x³+7×10^-7x² (28)

夹送辊下辊辊型曲线：

f₂(x)＝7×10^-24x³-7×10^-7x² (29)

钢带板型拟合曲线：

f₃(x)＝-2×10^-24x³-4×10^-7x² (30)

夹送辊总弧度曲线：

f(x)＝f₁(x)-f₂(x)-f₃(x)＝-1.2×10^-23x³+1.8×10^-6x² (31)

夹送辊宽度L＝1600mm；

纠偏PID输出范围[-800，800]；

设某时刻PID控制器输出为a＝-400；

公式(31)导数：

f′(x)＝-3.6×10^-23x²+3.6×10^-6x (32)

公式(32)的反函数：

将a与公式(33)带入公式(11)：

求解方程，得β＝0.0826°

将L与β带入公式(14)：

P_off＝Ltanβ＝1600×tan(0.0826°)＝2.3 (35)

夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离D＝60mm；

夹送辊端部半径r＝300mm；

将D、r带入公式(16)：

将P_off、D、r、P₀带入公式(18)：

将P_off、D、r、P₀带入公式(21)：

夹送辊摩擦系数μ＝0.15；

上夹送辊平均半径r₁＝300.2mm；

下夹送辊平均半径r₂＝300.2mm；

铸带平均厚度l＝1.95mm；

该时刻下夹送辊操作侧轧制力F_os＝21456N；

夹送辊传动侧轧制力F_ds＝7244N；

将以上参数带入公式(23)：

该时刻下夹送辊处钢带所受张力为4283.6N；

工艺需求的张力值F_aim＝5000N；

设计张力控制PID控制器，该时刻下张力PID控制器计算得到伺服油缸位移变化值ΔP＝0.173mm；

夹送辊处于零点位置时，操作侧伺服油缸位移传感器反馈值P_os′＝112.343mm：

传动侧伺服油缸位移传感器反馈值P_ds′＝111.768mm；

将以上参数带入公式(24)，得出操作侧伺服油缸最终输出目标位移值为：

P_os＝P′_os+ΔP_os+ΔP＝112.343+1.158+0.173＝113.674mm(40)得出传动侧伺服油缸最终输出目标位移值为：

P_ds＝P′_ds+ΔP_ds+ΔP＝111.768-1.153+0.173＝110.788mm (41)

通过上述薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法，可首先设计纠偏PID控制器，根据铸带中心偏移量计算PID控制器输出值；当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；进而依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；之后利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；最后基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值分别控制夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。通过本申请中的技术方案，可弥补夹送辊辊型与铸带板型给控制系统带来的非线性干扰，弥补因机械阻力对夹送辊张力控制产生的误差，减少夹送辊控制非稳态时间，提高控制精度以及薄带连铸产品合格率。

进一步的，作为图1和图2所示方法的具体体现，本申请实施例提供了一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制装置，如图9所示，该装置包括：第一计算模块51、第二计算模块52、第一判断模块53、第三计算模块54、第二判断模块55。

第一计算模块51，可用于根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度；

第二计算模块52，可用于当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；

第一判断模块53，可用于依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；

第三计算模块54，可用于利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；

第二判断模块55，可用于基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

在具体的应用场景中，为了根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，第一计算模块51，具体可用于以铸带跑偏检测系统检测到的铸带中心偏移量作为实际值，以0作为目标值，设计纠偏PID控制器；通过格式化纠偏PID控制器的输出值，以使目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度。

相应的，为了确定出夹送辊总弧度曲线，如图10所示，本装置还包括：第三判断模块56；

第三判断模块56，可用于以夹送辊下表面宽度方向中心点为原点，利用夹送辊辊型曲线以及铸带板型拟合曲线，确定夹送辊总弧度曲线。

在具体的应用场景中，第三判断模块56，具体可用于获取以夹送辊下表面宽度方向中心点为原点的夹送辊上辊辊型曲线、夹送辊下辊辊型曲线、钢带板型拟合曲线；基于夹送辊上辊辊型曲线、夹送辊下辊辊型曲线、钢带板型拟合曲线，利用第一计算公式计算夹送辊总弧度曲线；第一计算公式的特征描述为：f(x)＝f₁(x)-f₂(x)-f₃(x)，其中，f(x)为夹送辊总弧度曲线，f₁(x)为夹送辊上辊辊型曲线，f₂(x)为夹送辊下辊辊型曲线，f₃(x)为钢带板型拟合曲线。

相应的，为了计算得到夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度，第二计算模块52，具体可用于实时获取夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标，并对比最低点横坐标与目标输出值；若判定最低点横坐标等于目标输出值，则利用第二计算公式计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；第二计算公式的特征描述为：a＝cosβ·f′^-1(-tanβ)+sinβ·tanβ，其中，a为与目标输出值相等的最低点横坐标，β为目标角度。

在具体的应用场景中，为了依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定出夹送辊伺服油缸的第一位移变化值，第一判断模块53，具体可用于依据第三计算公式以及目标角度计算夹送辊实际辊缝倾斜量；获取夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，以及夹送辊端部半径、夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离，夹送辊零点位置为夹送辊上辊下表面端部与下辊上表面端部处于水平时的位置；利用第四计算公式以及夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值、夹送辊端部半径、夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、夹送辊实际辊缝倾斜量，计算夹送辊操作侧伺服油缸的第一位移变化值；利用第五计算公式以及夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值、夹送辊端部半径、夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、夹送辊实际辊缝倾斜量，计算夹送辊传动侧伺服油缸的第一位移变化值。

其中，第三计算公式的特征描述为：P_off＝Ltanβ，其中，P_off为夹送辊实际辊缝倾斜量，L为夹送辊宽度，β为目标角度；第四计算公式的特征描述为：

其中，P₀为夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，r为夹送辊端部半径，D为夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、P_off为夹送辊实际辊缝倾斜量；第五计算公式的特征描述为：

其中，P₀为夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，r为夹送辊端部半径，D为夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、P_off为夹送辊实际辊缝倾斜量。

相应的，为了利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值，第三计算模块54，具体可用于获取铸带目标张力值，并依据第六计算公式确定铸带实际张力值；根据铸带目标张力值和铸带实际张力值，计算作用于操作侧与传动侧的夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；第六计算公式的特征描述为：

其中，F_act为铸带实际张力，μ为夹送辊摩擦系数，r₁为上夹送辊平均半径，r₂为下夹送辊平均半径，l为铸带平均厚度，F_os为夹送辊操作侧轧制力，F_ds为夹送辊传动侧轧制力。

在具体的应用场景中，为了确定出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。第二判断模块55，具体可用于将夹送辊上辊下表面端部与下辊上表面端部处于水平位置时的位置定义为夹送辊零点，获取夹送辊零点位置时，夹送辊操作侧伺服油缸位移传感器反馈值以及夹送辊传动侧伺服油缸位移传感器反馈值；基于夹送辊操作侧伺服油缸的第一位移变化量，夹送辊操作侧伺服油缸的第二位移变化值，以及夹送辊操作侧伺服油缸位移传感器反馈值，利用第七计算公式计算夹送辊操作侧伺服油缸的第一目标位移值；基于夹送辊传动侧伺服油缸的第一位移变化量，夹送辊传动侧伺服油缸的第二位移变化值，以及夹送辊传动侧伺服油缸位移传感器反馈值，利用第八计算公式计算夹送辊传动侧伺服油缸的第二目标位移值；根据第一目标位移值调整夹送辊操作侧的伺服油缸位置，根据第二目标位移值调整夹送辊传动侧的伺服油缸位置，以便对铸带进行纠偏和张力控制。

需要说明的是，本实施例提供的一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1至图2中的对应描述，在此不再赘述。

基于上述如图1和图2所示方法，相应的，本申请实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1和图2所示的薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法。

基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景的方法。

基于上述如图1、图2所示的方法，以及图9、图10所示的虚拟装置实施例，为了实现上述目的，本申请实施例还提供了一种计算机设备，具体可以为个人计算机、服务器、网络设备等，该实体设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1和图2所示的薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法。

可选地，该计算机设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(RadioFrequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI-FI模块等等。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如蓝牙接口、WI-FI接口)等。

本领域技术人员可以理解，本实施例提供的计算机设备结构并不构成对该实体设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

非易失性可读存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制的实体设备硬件和软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现非易失性可读存储介质内部各组件之间的通信，以及与该实体设备中其它硬件和软件之间通信。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与目前现有技术相比，本申请可首先设计纠偏PID控制器，根据铸带中心偏移量计算PID控制器输出值；当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于目标输出值时，计算夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；进而依据目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；之后利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；最后基于第一位移变化值和第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于目标位移值分别控制夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。通过本申请中的技术方案，可弥补夹送辊辊型与铸带板型给控制系统带来的非线性干扰，弥补因机械阻力对夹送辊张力控制产生的误差，减少夹送辊控制非稳态时间，提高控制精度以及薄带连铸产品合格率。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制方法，其特征在于，包括：

根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，所述目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度；

当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于所述目标输出值时，计算所述夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；

依据所述目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；

利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；

基于所述第一位移变化值和所述第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于所述目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，具体包括：

以铸带跑偏检测系统检测到的铸带中心偏移量作为实际值，以0作为目标值，设计纠偏PID控制器；

通过格式化所述纠偏PID控制器的输出值，以使目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述计算当夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于所述目标输出值时，所述夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度之前，具体还包括：

以夹送辊下表面宽度方向中心点为原点，利用夹送辊辊型曲线以及铸带板型拟合曲线，确定夹送辊总弧度曲线。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述以夹送辊下表面宽度方向中心点为原点，利用夹送辊辊型曲线以及铸带板型拟合曲线，确定夹送辊总弧度曲线，具体包括：

获取以夹送辊下表面宽度方向中心点为原点的夹送辊上辊辊型曲线、夹送辊下辊辊型曲线、钢带板型拟合曲线；

基于所述夹送辊上辊辊型曲线、所述夹送辊下辊辊型曲线、所述钢带板型拟合曲线，利用第一计算公式计算夹送辊总弧度曲线；

所述第一计算公式的特征描述为：

f(x)＝f₁(x)-f₂(x)-f₃(x)，其中，f(x)为所述夹送辊总弧度曲线，f₁(x)为所述夹送辊上辊辊型曲线，f₂(x)为所述夹送辊下辊辊型曲线，f₃(x)为所述钢带板型拟合曲线。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于所述目标输出值时，计算所述夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度，具体包括：

实时获取所述夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标，并对比所述最低点横坐标与所述目标输出值；

若判定所述最低点横坐标等于所述目标输出值，则利用第二计算公式计算所述夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；

所述第二计算公式的特征描述为：

a＝cosβ·f′^-1(-tanβ)+sinβ·tanβ，其中，a为与所述目标输出值相等的所述最低点横坐标，β为所述目标角度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述依据所述目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值，具体包括：

依据第三计算公式以及所述目标角度计算夹送辊实际辊缝倾斜量；

获取夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，以及夹送辊端部半径、夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离，所述夹送辊零点位置为夹送辊上辊下表面端部与下辊上表面端部处于水平时的位置；

利用第四计算公式以及所述夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值、所述夹送辊端部半径、所述夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、所述夹送辊实际辊缝倾斜量，计算夹送辊操作侧伺服油缸的第一位移变化值；

利用第五计算公式以及所述夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值、所述夹送辊端部半径、所述夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、所述夹送辊实际辊缝倾斜量，计算夹送辊传动侧伺服油缸的第一位移变化值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述第三计算公式的特征描述为：

P_off＝Ltanβ，其中，P_off为所述夹送辊实际辊缝倾斜量，L为夹送辊宽度，β为所述目标角度；

所述第四计算公式的特征描述为：

其中，P₀为所述夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，r为所述夹送辊端部半径，D为所述夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、P_off为所述夹送辊实际辊缝倾斜量；

所述第五计算公式的特征描述为：

其中，P₀为所述夹送辊零点位置时夹送辊端部的实际辊缝值，r为所述夹送辊端部半径，D为所述夹送辊上下两辊沿产线方向错开的距离、P_off为所述夹送辊实际辊缝倾斜量。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值，具体包括：

获取铸带目标张力值，并依据第六计算公式确定铸带实际张力值；

根据所述铸带目标张力值和所述铸带实际张力值，计算作用于操作侧与传动侧的夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；

所述第六计算公式的特征描述为：

其中，F_act为铸带实际张力，μ为夹送辊摩擦系数，r₁为上夹送辊平均半径，r₂为下夹送辊平均半径，l为铸带平均厚度，F_os为夹送辊操作侧轧制力，F_ds为夹送辊传动侧轧制力。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一位移变化值和所述第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于所述目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制，具体包括：

将夹送辊上辊下表面端部与下辊上表面端部处于水平位置时的位置定义为夹送辊零点，获取所述夹送辊零点位置时，夹送辊操作侧伺服油缸位移传感器反馈值以及夹送辊传动侧伺服油缸位移传感器反馈值；

基于所述夹送辊操作侧伺服油缸的第一位移变化量，所述夹送辊操作侧伺服油缸的第二位移变化值，以及所述夹送辊操作侧伺服油缸位移传感器反馈值，利用第七计算公式计算夹送辊操作侧伺服油缸的第一目标位移值；

基于所述夹送辊传动侧伺服油缸的第一位移变化量，所述夹送辊传动侧伺服油缸的第二位移变化值，以及所述夹送辊传动侧伺服油缸位移传感器反馈值，利用第八计算公式计算夹送辊传动侧伺服油缸的第二目标位移值；

根据所述第一目标位移值调整夹送辊操作侧的伺服油缸位置，根据所述第二目标位移值调整夹送辊传动侧的伺服油缸位置，以便对铸带进行纠偏和张力控制。

10.一种薄带连铸中夹送辊的张力纠偏控制装置，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于根据铸带中心偏移量计算纠偏PID控制器的目标输出值，所述目标输出值的取值范围为±1/2夹送辊宽度；

第二计算模块，用于当判定夹送辊总弧度曲线的最低点横坐标等于所述目标输出值时，计算所述夹送辊下表面需绕原点旋转的目标角度；

第一判断模块，用于依据所述目标角度和夹送辊实际辊缝倾斜量确定夹送辊伺服油缸的第一位移变化值；

第三计算模块，用于利用张力PID控制器，根据铸带实际张力值和铸带目标张力值计算夹送辊伺服油缸的第二位移变化值；

第二判断模块，用于基于所述第一位移变化值和所述第二位移变化值确定并输出夹送辊伺服油缸的目标位移值，以便基于所述目标位移值调整夹送辊双侧伺服油缸位置，对铸带进行纠偏和张力控制。

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