CN112122355A - 一种边部减薄滞后控制方法及系统 - Google Patents

一种边部减薄滞后控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种边部减薄滞后控制方法及系统。所述方法包括获取当前时刻的生产环境参数;根据所述当前时刻的生产环境参数,采用有限元分析法建立工作辊横移调控功效系数向量模型;获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值;根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值;根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量;根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作。本发明能够实现调量小、反应迅速的边部减薄滞后控制。

Description

一种边部减薄滞后控制方法及系统
技术领域
本发明涉及冶金轧制领域,特别是涉及一种边部减薄滞后控制方法及系统。
背景技术
冷轧硅钢在电力、电子和军事工业都是尤为重要的软磁合金。冷轧硅钢是将电磁有效转换的专用钢板。冷轧硅钢通常用于电机或变压器的制造,需要进行叠层。但有边部减薄缺陷的板带,其单片微小的凸度差,叠层之后累计厚度有可能会变大到不可接受。过大累计厚度使导磁性能不均匀,从而影响到电工用钢。由于硅钢中的硅含量较高,导致边部减薄的控制难度也相对较高。
由于检测装置和执行机构存在一定的距离,导致整个边部减薄闭环控制是一个大滞后控制方法。滞后控制是传统控制工程中重要的研究方向,且对整个控制系统的控制精度存在较大的影响。常见的滞后控制方法有串级PID控制、Smith预估控制和模型预测控制,同时这些方法通过与最优化控制、模糊控制、神经网络、专家系统等相结合,取得了不小的成果,在理论研究中实验状况良好。但是在实际应用中,由于实际问题的复杂性,导致其模型化的难度较高。
因此,亟需一种超调量小、反应迅速的边部减薄滞后控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种边部减薄滞后控制方法及系统,能够实现调量小、反应迅速的边部减薄滞后控制。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种边部减薄滞后控制方法,包括:
获取当前时刻的生产环境参数;所述生产环境参数包括:工作辊辊径、中间辊辊径、支承辊辊径、带钢厚度、带钢宽度、带钢宽度内测量段数、边降仪总测量段数、边降仪长度、边降仪测量段宽度、压下量、轧制速度、前张力、后张力以及摩擦系数;
根据所述当前时刻的生产环境参数,采用有限元分析法建立工作辊横移调控功效系数向量模型;所述工作辊横移调控功效系数向量模型用于确定工作辊横移装置的控制量对边部减薄的改善量;
获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值;所述当前时刻的边降目标值根据所述当前时刻的生产环境参数进行确定;
根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值;
根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量;
根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作;返回所述获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值的步骤。
可选的,所述根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值,具体包括:
根据所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定上一时刻的控制量对边部减薄的改善量;
根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量对边部减薄的改善量确定所述当前时刻的控制目标值。
可选的,所述根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量,具体包括:
根据所述当前时刻的边降目标值确定参考轨迹;
根据所述确定的参考轨迹和所述工作辊横移调控功效系数向量确定当前时刻的控制量。
可选的,所述根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作,之后还包括:
根据所述当前时刻的带钢的厚度、上一时刻的带钢的厚度以及当前时刻的控制量修正所述工作辊横移调控功效系数向量模型。
一种边部减薄滞后控制系统,包括:
生产环境参数获取模块,用于获取当前时刻的生产环境参数;所述生产环境参数包括:工作辊辊径、中间辊辊径、支承辊辊径、带钢厚度、带钢宽度、带钢宽度内测量段数、边降仪总测量段数、边降仪长度、边降仪测量段宽度、压下量、轧制速度、前张力、后张力以及摩擦系数;
工作辊横移调控功效系数向量模型建立模块,用于根据所述当前时刻的生产环境参数,采用有限元分析法建立工作辊横移调控功效系数向量模型;所述工作辊横移调控功效系数向量模型用于确定工作辊横移装置的控制量对边部减薄的改善量;
带钢的厚度和降目标值获取模块,用于获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值;所述当前时刻的边降目标值根据所述当前时刻的生产环境参数进行确定;
控制目标值确定模块,用于根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值;
控制量确定模块,用于根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量;
执行模块,用于根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作;返回所述获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值的步骤。
可选的,所述控制目标值确定模块具体包括:
控制量对边部减薄的改善量确定单元,用于根据所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定上一时刻的控制量对边部减薄的改善量;
控制目标值确定单元,用于根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量对边部减薄的改善量确定所述当前时刻的控制目标值。
可选的,所述控制量确定模块具体包括:
参考轨迹确定单元,用于根据所述当前时刻的边降目标值确定参考轨迹;
控制量确定单元,用于根据所述确定的参考轨迹和所述工作辊横移调控功效系数向量确定当前时刻的控制量。
可选的,还包括:
工作辊横移调控功效系数向量模型修正模块,用于根据所述当前时刻的带钢的厚度、上一时刻的带钢的厚度以及当前时刻的控制量修正所述工作辊横移调控功效系数向量模型。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明所提供的一种边部减薄滞后控制方法及系统,结合有限元分析法构建用于确定工作辊横移装置的控制量对边部减薄的改善量的工作辊横移调控功效系数向量模型,进而根据上一时刻的控制量对边部减薄的改善量,即控制效果的预测量,有效实现边部减薄滞后控制,减小了边部减薄的控制难度,进而能够实现调量小、反应迅速的边部减薄滞后控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种边部减薄滞后控制方法流程示意图;
图2为本发明所提供的边部减薄闭环控制滞后原理图;
图3为本发明所提供的参考轨迹优化示意图;
图4为本发明所提供的工作辊横移调控功效系数向量模型控制的寻优路线图;
图5为本发明所提供的一种边部减薄滞后控制系统结构示意图。
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。
本发明的目的是提供一种边部减薄滞后控制方法及系统,能够实现调量小、反应迅速的边部减薄滞后控制。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的一种边部减薄滞后控制方法流程示意图,图2为本发明所提供的边部减薄闭环控制滞后原理图,如图1和图2所示,本发明所提供的一种边部减薄滞后控制方法,包括:
S101,获取当前时刻的生产环境参数;所述生产环境参数包括:工作辊辊径、中间辊辊径、支承辊辊径、带钢厚度、带钢宽度、带钢宽度内测量段数、边降仪总测量段数、边降仪长度、边降仪测量段宽度、压下量、轧制速度、前张力、后张力以及摩擦系数。主要生产环境参数如表1所示。表1如下:
表1
S102,根据所述当前时刻的生产环境参数,采用有限元分析法建立工作辊横移调控功效系数向量模型;所述工作辊横移调控功效系数向量模型用于确定工作辊横移装置的控制量对边部减薄的改善量,即时效预测值。
工作辊横移调控功效系数向量模型具体的建立过程为:
通过设置不同的工作辊横移量,计算出工作辊不同的窜辊量对某个点的边部减薄的影响,进而确定工作辊横移调控功效系数向量模型。所述工作辊横移调控功效系数向量模型为effn=[effw,10,effw,20,…,effw,i,…,effw,120]。所述工作辊横移调控功效系数向量模型为预测模型,采用滚动式的有限时域优化策略。即优化过程不是一次完成的,而是通过检测装置(边降仪)一次一次的进行反馈进行的。
S103,获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值;所述当前时刻的边降目标值根据所述当前时刻的生产环境参数进行确定。
S104,根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值。通过引入时效预测值来减少控制系统滞后时间对整个过程的影响。
当工作辊横移装置刚开始工作时即t=1时,当前的控制目标值Yco(t)=Y(t)-Yc(t),此时,时效预测值为零。
当t>1时,Yp(t)=step(t-1)×effn,其中,Yp(t)的为执行机构(工作辊横移装置)t时刻的控制量step(t-1)对边部减薄的改善量,即时效预测值。Yp(t)的时效区间为[t,t+Tdelay],其中t为执行机构的开始执行时间,Tdelay为检测装置和执行装置之间的滞后时间。
此时,控制目标值Yco(t)=Y(t)-Yc(t)-Yp(t)。
S104具体包括:
根据所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定上一时刻的控制量对边部减薄的改善量。
根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量对边部减薄的改善量确定所述当前时刻的控制目标值。
S105,根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量。
S105具体包括:
根据所述当前时刻的边降目标值确定参考轨迹。即利用参考轨迹进行轨迹平滑处理,使执行机构能平滑达到边降目标值Yc(t),并如图3所示。
检测装置的检测周期t和执行机构的最大、最小执行速度(工作辊(执行机构)的最大、最小横移速度)vmax、vmin,设定单位最大执行步长为Step_max=t×vmax;最小执行步长为Step_min=t×vmin
利用公式Ys(t)=Yc(t)-αt×Yco(t)确定参考轨迹。t为时间参数,Ys(t)为参考轨迹,Yc(t)为边降目标值,Y(t)为检测装置实际检测输出值,α为优化因子。
根据所述确定的参考轨迹和所述工作辊横移调控功效系数向量确定当前时刻的控制量。
利用公式优化所述当前时刻的控制量,并如图4所示。为保证整个控制的安全性和效率,step的取值区间为[step_min,step_max],若上式计算的step值小于step_min时,则累计相加,直到累计到step_min,才输出step_min;若step值大于step_max,取step_max。
S106,根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作;返回所述获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值的步骤。进而,实现闭环控制。
S106之后还包括:
根据所述当前时刻的带钢的厚度、上一时刻的带钢的厚度以及当前时刻的控制量修正所述工作辊横移调控功效系数向量模型。
每个控制反馈循环周期内,预测时效值Yp(t)的时效区间为[t,t+Tdelay],当Yp(t)∈[t,t+Tdelay)时,预测值有效,且值为Yp(t)=step(t-1)×effn。当预测时效值的达到有效区间的右端点值,即控制周期的t+Tdelay时刻,预测时效值失效,赋值为0,将此时检测装置检测执行装置动作后的实际测量值Y(t),与模型的预测时效值Yp(t)进行比较,得出模型的预测误差,再利用模型预测误差来对模型的预测值进行修正,得到新的预测模型,具体的修正公式如下:
其中,efft是自我修正之后的调控功效系数,efft-1是修正之前调控功效系数,β为学习效率,一般取0.1~0.4。
图5为为本发明所提供的一种边部减薄滞后控制系统结构示意图,如图5所示,本发明所提供的一种边部减薄滞后控制系统,包括:生产环境参数获取模块501、工作辊横移调控功效系数向量模型建立模块502、带钢的厚度和降目标值获取模块503、控制目标值确定模块504、控制量确定模块505和执行模块506。
生产环境参数获取模块501用于获取当前时刻的生产环境参数;所述生产环境参数包括:工作辊辊径、中间辊辊径、支承辊辊径、带钢厚度、带钢宽度、带钢宽度内测量段数、边降仪总测量段数、边降仪长度、边降仪测量段宽度、压下量、轧制速度、前张力、后张力以及摩擦系数。
工作辊横移调控功效系数向量模型建立模块502用于根据所述当前时刻的生产环境参数,采用有限元分析法建立工作辊横移调控功效系数向量模型;所述工作辊横移调控功效系数向量模型用于确定工作辊横移装置的控制量对边部减薄的改善量。
带钢的厚度和降目标值获取模块503用于获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值;所述当前时刻的边降目标值根据所述当前时刻的生产环境参数进行确定。
控制目标值确定模块504用于根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值。
控制量确定模块505用于根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量。
执行模块506用于根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作;返回所述获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值的步骤。
所述控制目标值确定模块504具体包括:控制量对边部减薄的改善量确定单元和控制目标值确定单元。
控制量对边部减薄的改善量确定单元用于根据所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定上一时刻的控制量对边部减薄的改善量。
控制目标值确定单元用于根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量对边部减薄的改善量确定所述当前时刻的控制目标值。
控制量确定模块505具体包括:参考轨迹确定单元和控制量确定单元。
参考轨迹确定单元用于根据所述当前时刻的边降目标值确定参考轨迹;
控制量确定单元用于根据所述确定的参考轨迹和所述工作辊横移调控功效系数向量确定当前时刻的控制量。
本发明所提供的一种边部减薄滞后控制系统,还包括:工作辊横移调控功效系数向量模型修正模块。
工作辊横移调控功效系数向量模型修正模块用于根据所述当前时刻的带钢的厚度、上一时刻的带钢的厚度以及当前时刻的控制量修正所述工作辊横移调控功效系数向量模型。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种边部减薄滞后控制方法,其特征在于,包括:
获取当前时刻的生产环境参数;所述生产环境参数包括:工作辊辊径、中间辊辊径、支承辊辊径、带钢厚度、带钢宽度、带钢宽度内测量段数、边降仪总测量段数、边降仪长度、边降仪测量段宽度、压下量、轧制速度、前张力、后张力以及摩擦系数;
根据所述当前时刻的生产环境参数,采用有限元分析法建立工作辊横移调控功效系数向量模型;所述工作辊横移调控功效系数向量模型用于确定工作辊横移装置的控制量对边部减薄的改善量;
获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值;所述当前时刻的边降目标值根据所述当前时刻的生产环境参数进行确定;
根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值;
根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量;
根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作;返回所述获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值的步骤。
2.根据权利要求1所述的一种边部减薄滞后控制方法,其特征在于,所述根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值,具体包括:
根据所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定上一时刻的控制量对边部减薄的改善量;
根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量对边部减薄的改善量确定所述当前时刻的控制目标值。
3.根据权利要求1所述的一种边部减薄滞后控制方法,其特征在于,所述根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量,具体包括:
根据所述当前时刻的边降目标值确定参考轨迹;
根据所述确定的参考轨迹和所述工作辊横移调控功效系数向量确定当前时刻的控制量。
4.根据权利要求1所述的一种边部减薄滞后控制方法,其特征在于,所述根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作,之后还包括:
根据所述当前时刻的带钢的厚度、上一时刻的带钢的厚度以及当前时刻的控制量修正所述工作辊横移调控功效系数向量模型。
5.一种边部减薄滞后控制系统,其特征在于,包括:
生产环境参数获取模块,用于获取当前时刻的生产环境参数;所述生产环境参数包括:工作辊辊径、中间辊辊径、支承辊辊径、带钢厚度、带钢宽度、带钢宽度内测量段数、边降仪总测量段数、边降仪长度、边降仪测量段宽度、压下量、轧制速度、前张力、后张力以及摩擦系数;
工作辊横移调控功效系数向量模型建立模块,用于根据所述当前时刻的生产环境参数,采用有限元分析法建立工作辊横移调控功效系数向量模型;所述工作辊横移调控功效系数向量模型用于确定工作辊横移装置的控制量对边部减薄的改善量;
带钢的厚度和降目标值获取模块,用于获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值;所述当前时刻的边降目标值根据所述当前时刻的生产环境参数进行确定;
控制目标值确定模块,用于根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定当前时刻的控制目标值;
控制量确定模块,用于根据所述当前时刻的控制目标值和所述工作辊横移调控功效系数模型确定当前时刻的控制量;
执行模块,用于根据所述当前时刻的控制量控制所述工作辊横移装置进行工作;返回所述获取边降仪当前时刻的检测出的带钢的厚度和当前时刻的边降目标值的步骤。
6.根据权利要求5所述的一种边部减薄滞后控制系统,其特征在于,所述控制目标值确定模块具体包括:
控制量对边部减薄的改善量确定单元,用于根据所述上一时刻的控制量和所述工作辊横移调控功效系数向量模型确定上一时刻的控制量对边部减薄的改善量;
控制目标值确定单元,用于根据所述当前时刻的检测出的带钢的厚度、所述当前时刻的边降目标值以及所述上一时刻的控制量对边部减薄的改善量确定所述当前时刻的控制目标值。
7.根据权利要求5所述的一种边部减薄滞后控制系统,其特征在于,所述控制量确定模块具体包括:
参考轨迹确定单元,用于根据所述当前时刻的边降目标值确定参考轨迹;
控制量确定单元,用于根据所述确定的参考轨迹和所述工作辊横移调控功效系数向量确定当前时刻的控制量。
8.根据权利要求5所述的一种边部减薄滞后控制系统,其特征在于,还包括:
工作辊横移调控功效系数向量模型修正模块,用于根据所述当前时刻的带钢的厚度、上一时刻的带钢的厚度以及当前时刻的控制量修正所述工作辊横移调控功效系数向量模型。
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