CN112364492B - 薄带连铸活套的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种薄带连铸活套的控制方法、装置、计算机设备及计算机存储介质，涉及冶金技术领域，所述方法包括：建立活套姿态的近似数学模型；计算活套近似模型最低点的运动轨迹；对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并据此计算活套扫描仪安装位置与角度；对活套扫描仪采集的数据进行数据处理，避免数据跳变，同时使数据变化平滑；设计带前馈的PID控制器，精确控制活套位置。使用该方法中的计算方法来确定的活套安装位置利于维护，抗干扰能力强，小套量时检测准确；使用该方法中的控制方法对活套进行控制，活套稳定，速度波动小，提高了生产过程中铸带运行的稳定性，以使得稳定状态下活套误差在预设范围以内。
Description
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，尤其是涉及薄带连铸活套的控制方法、装置、计算机设备及计算机存储介质。
背景技术
与常规连铸相比，薄带连铸省去了铸锭加热、开坯以及多道次轧制等工序，节省了大量人力成本以及能源成本；节省了铸锭铣面的流程，减少了热轧后切头切尾，提高了成材率；占地面积小，设备简单集中，前期投资小；具有独特的亚快速凝固特性，微观组织特殊，性能优越；得到的铸带厚度接近最终产品厚度，对于某些低塑性材料、难加工材料及功能材料的制取存在明显的优势。
因为薄带连铸生产工艺的特殊性，为了生产出质量合格，且性能稳定的带钢，需要严格控制生产过程中的各项参数，其中活套的控制更是关键环节之一。图1为薄带连铸活套示意图，其中1为钢液熔池，2、3为铸辊，4为带钢形成的活套，5为铸机出口辊道。为了防止水平设备速度变化导致高温钢带张力突变产生断带问题，在铸机内部，钢带由垂直状态转向水平状态的区域需要预留一定的活套量。与常规的活套相比，薄带连铸活套在铸机内部缺少限制，属于自由状态。在不同套量下，活套最低点的位置在水平方向上也有所变化，因此需要寻找合适的活套安装位置与安装角度，以满足薄带连铸活套检测的需要。
在实际生产中，需要将活套量稳定在一定的范围内，这是因为如果活套量波动较大，为了让活套稳定，水平区域设备的速度就会随之大幅度地波动，这会进一步导致水平区域设备轧制力波动，造成产品质量失控。因此需要设计一种控制方法，使得活套的调节量变化尽可能地平缓，同时又能在最大程度上稳定活套。
现有技术中，提出了在活套底部设置两台活套扫描仪，沿产线方向进行扫描，从而对活套进行检测与控制的方法。该方法存在以下弊端：安装位置靠近地坑，人员维护困难，生产过程中扫描仪一旦出现故障，无法及时处理，且维护时存在人员窒息的风险；开浇阶段未导引出铸机的热带钢堆叠后易对活套扫描产生干扰，造成数据失真；在小套量时检测精度较低，为了保证控制稳定，套量会控制在较大的范围，对带钢的质量产生负面的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种薄带连铸活套的控制方法、装置、计算机设备及计算机存储介质，主要目的在于将活套值控制在一定范围之内，同时还能够使系统速度变化尽可能地平滑，最大程度上提高生产过程中铸带运行的稳定性。
依据本发明一个方面，提供了一种薄带连铸活套的控制方法，该方法包括：
建立活套姿态的近似数学模型；
计算所述活套近似模型最低点的运动轨迹；
对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度；
对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理；
将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息。
进一步地，所述建立活套姿态的近似数学模型，具体包括：
以带钢轧制运行方向为X轴，以垂直水平向上方向为Y轴，建立平面坐标系；
以铸辊中心线连线中间所处位置为坐标原点，确定辊道外表面在平面坐标系上的投影圆；
将钢带在铸机内姿态在平面坐标系上的投影作为标准悬链线，简化为第一抛物线；
根据活套运动轨迹设置所述第一抛物线与所述投影圆相切，计算第一抛物线最低点的运动轨迹，建立活套姿态的近似书学模型。
进一步地，所述计算所述活套近似模型最低点的运动轨迹，具体包括：
分别对所述辊道外表面在平面坐标系上的投影与所述抛物线进行简化处理后，得到活套运动轨迹的抛物线方程，所述抛物线方程对应有角度参数的取值范围；
计算所述活套运动轨迹的抛物线方程对应导数为零的点；
在所述角度参数的取值范围内，将所述导数为零作为活套最低点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程，得到所述活套近似模型最低点的运动轨迹。
进一步地，所述对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，具体包括：
在所述角度参数的取值范围内均匀的选取预设数量的点，计算每个点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程对应的多个横纵坐标；
从所述多个横纵坐标中选取满足预设条件的横纵坐标作为用于拟合的目标点，对所述目标点进行拟合处理，所述预设条件为横纵坐标形成的半径大于活套扫描目标位置距离辊道的最小距离，并且横纵坐标形成的半径小于活套扫描仪最佳扫描长度。
进一步地，所述根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度，具体包括：
根据拟合结果，计算活套扫描仪安装位置在平面坐标系上的投影点；
根据所述活套扫描仪距离平面坐标系的距离，计算所述活套扫描仪路径与平面坐标系横轴的夹角，确定活套扫描仪安装位置与角度。
进一步地，所述对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理，包括：
预先设置活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅；
利用活套扫描仪当前运算周期发送的活套原始数据、上一运算周期发送的活套原始数据和活套扫描仪上一周期经过限制增长率处理的中间量所形成的区间，判断所述区间分别与活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅的比较结果；
根据所述比较结果，对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理。
进一步地，所述将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息，具体包括：
以所述处理后活套数据作为反馈值，活套调整量作为输出值，预先设置PID控制器中控制参数的取值范围；
判断当前对钢带前进速度起主要影响的设备，根据所述设备与基础速度之间的比例关系，调整带前馈的PID的零点调整量，控制活套的位置信息。
依据本发明另一个方面，提供了一种薄带连铸活套的控制装置，所述装置包括：
建立单元，用于建立活套姿态的近似数学模型；
计算单元，用于计算所述活套近似模型最低点的运动轨迹；
拟合单元，用于对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度；
处理单元，用于对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理；
控制单元，用于将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息。
进一步地，所述建立单元，具体用于以带钢轧制运行方向为X轴，以垂直水平向上方向为Y轴，建立平面坐标系；
以铸辊中心线连线中间所处位置为坐标原点，确定辊道外表面在平面坐标系上的投影圆；
将钢带在铸机内姿态在平面坐标系上的投影作为标准悬链线，简化为第一抛物线；
根据活套运动轨迹设置所述第一抛物线与所述投影圆相切，计算第一抛物线最低点的运动轨迹，建立活套姿态的近似书学模型。
进一步地，所述计算单元，具体用于分别对所述辊道外表面在平面坐标系上的投影与所述抛物线进行简化处理后，得到活套运动轨迹的抛物线方程，所述抛物线方程对应有角度参数的取值范围；
计算所述活套运动轨迹的抛物线方程对应导数为零的点；
在所述角度参数的取值范围内，将所述导数为零作为活套最低点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程，得到所述活套近似模型最低点的运动轨迹。
进一步地，所述拟合单元，具体用于在所述角度参数的取值范围内均匀的选取预设数量的点，计算每个点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程对应的多个横纵坐标；
从所述多个横纵坐标中选取满足预设条件的横纵坐标作为用于拟合的目标点，对所述目标点进行拟合处理，所述预设条件为横纵坐标形成的半径大于活套扫描目标位置距离辊道的最小距离，并且横纵坐标形成的半径小于活套扫描仪最佳扫描长度。
进一步地，所述拟合单元，具体还用于根据拟合结果，计算活套扫描仪安装位置在平面坐标系上的投影点；
根据所述活套扫描仪距离平面坐标系的距离，计算所述活套扫描仪路径与平面坐标系横轴的夹角，确定活套扫描仪安装位置与角度。
进一步地，所述处理单元，具体用于预先设置活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅；
利用活套扫描仪当前运算周期发送的活套原始数据、上一运算周期发送的活套原始数据和活套扫描仪上一周期经过限制增长率处理的中间量所形成的区间，判断所述区间分别与活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅的比较结果；
根据所述比较结果，对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理。
进一步地，所述控制单元，具体用于以所述处理后活套数据作为反馈值，活套调整量作为输出值，预先设置PID控制器中控制参数的取值范围；
判断当前对钢带前进速度起主要影响的设备，根据所述设备与基础速度之间的比例关系，调整带前馈的PID的零点调整量，控制活套的位置信息。
依据本发明又一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现薄带连铸活套的控制方法的步骤。
依据本发明再一个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现薄带连铸活套的控制方法的步骤。
借由上述技术方案，本发明提供一种薄带连铸活套的控制方法及装置，通过建立活套姿态的近似数学模型，计算活套近似模型最低点的运动轨迹，对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并据此计算活套扫描仪安装位置与角度，对活套扫描仪采集的数据进行数据处理，避免数据跳变，同时使数据变化平滑，设计带前馈的PID控制器，精确控制活套位置。与现有技术中沿产线方向进行扫描，从而对活套进行检测与控制的方法相比，本发明实施例通过近似模型的计算，计算出活套扫描仪的最佳安装位置与角度，再通过数据处理环节与带前馈的PID控制器环节的设计，将活套值控制在一定范围之内，同时还能够使系统速度变化尽可能地平滑，最大程度上避免速度波动对产品质量的影响。使用该方法中的计算方法来确定的活套安装位置利于维护，抗干扰能力强，小套量时检测准确，使用该方法中的控制方法对活套进行控制，活套稳定，速度波动小，提高了生产过程中铸带运行的稳定性，以使得稳定状态下活套误差在预设范围以内。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例提供的薄带连铸活套示意图；
图2示出了本发明实施例提供的一种薄带连铸活套的控制方法流程示意图；
图3示出了本发明实施例提供的近似数学模型平面图；
图4示出了本发明实施例提供的检测目标点轨迹示意图；
图5示出了本发明实施例提供的活套安装示意图；
图6示出了本发明实施例提供的带前馈的活套PID控制器逻辑图；
图7示出了本发明实施例提供的最低点轨迹曲线图；
图8示出了本发明实施例提供的选取点位及其拟合曲线图；
图9示出了本发明实施例提供的采集到活套数据的曲线图；
图10示出了本发明实施例提供的处理后活套数据的曲线图；
图11示出了本发明实施例提供的处理后活套值的曲线图；
图12示出了本发明实施例提供的一种薄带连铸活套的控制装置结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供了一种薄带连铸活套的控制方法，该方法可以使用一台活套扫描仪，安装在铸机侧面，扫描路径与产线方向互相垂直。通过近似模型的计算，计算出活套扫描仪的最佳安装位置与角度，再通过数据处理环节与带前馈的PID控制器环节的设计，将活套值控制在一定范围之内，同时还能够使系统速度变化尽可能地平滑，最大程度上避免速度波动对产品质量的影响。
本发明所应用的自动化系统，包括活套扫描仪、PLC控制器、人机交互界面(HMI)，以及变频传动系统。活套扫描仪负责将采集到的活套原始数据发送至PLC控制器中；PLC控制器负责进行数据处理与计算；人机交互界面(HMI)负责数据以及设备状态的显示；变频传动系统负责执行PLC控制器最终计算出的设备速度。
进一步地，本发明提供的薄带连铸活套的控制方法，能够将活套值控制在一定范围之内，同时还能够使系统速度变化尽可能地平滑，最大程度上提高生产过程中铸带运行的稳定性，如图2所示，该方法包括：
101、建立活套姿态的近似数学模型。
具体地，首先以带钢轧制运行方向为X轴，以垂直水平向上方向为Y轴，建立平面坐标系，以铸辊中心线连线中间所处位置为坐标原点，确定辊道外表面在平面坐标系上的投影圆，然后将钢带在铸机内姿态在平面坐标系上的投影作为标准悬链线，简化为第一抛物线，根据活套运动轨迹设置第一抛物线与投影圆相切，计算第一抛物线最低点的运动轨迹，建立活套姿态的近似书学模型。
实际应用过程中，由于带钢在铸机内部温度较高，硬度较小，可以认为活套态符合标准的悬链线方程：
但是悬链线计算较为复杂，在实际的活套控制中，允许存在一定的检测误差。因此可以将活套姿态近似看作是抛物线。据此建立数学模型如下：
以带钢轧制运行方向为X轴，以垂直水平向上方向为Y轴，建立平面坐标系Q；
以铸辊中心线连线与铸辊辊面接触线交叉位置为坐标(0，0)点；
设铸机出口辊道第一根辊道圆心坐标为(L，-H)，L为辊道圆心与铸辊辊面接触线沿铸带运行方向的距离，单位为m；H为辊道圆心与辊缝在垂直方向上的距离，单位为m；另设辊道半径为r，单位为m，则辊道外表面在平面Q上投影为：
(x-L)2+(y+H)2＝r2 (2)
钢带在铸机内姿态在平面Q上投影简化为抛物线，设该抛物线方程为：
y＝ax2+bx+c (3)
根据实际活套运动轨迹，可以认为平面Q上曲线满足以下特征：
抛物线(3)经过点(0，0)；
抛物线(3)与辊道外表面的圆(1)相切，且切点在左上的1/4半圆内。
数学模型计算目标：计算抛物线最低点的运动轨迹，即为活套目标检测位置的运动轨迹。具体近似数学模型平面图如图3所示，具体检测目标点轨迹示意图如图4所示。
102、计算所述活套近似模型最低点的运动轨迹。
具体地，首先分别对辊道外表面在平面坐标系上的投影与抛物线进行简化处理后，得到活套运动轨迹的抛物线方程，该抛物线方程对应有角度参数的取值范围；然后计算活套运动轨迹的抛物线方程对应导数为零的点，在角度参数的取值范围内，将导数为零作为活套最低点带入活套运动轨迹的抛物线方程，得到活套近似模型最低点的运动轨迹。
实际应用过程中，抛物线(3)经过点(0，0)，将点(0，0)带入抛物线(3)中，求得c＝0，抛物线方程简化为：
y＝ax2+bx (4)
将辊道外表面圆方程(2)转化为极坐标方程：
对公式(4)求导，得：
y′＝2ax+b (6)
方程(5)在角度为θ处的斜率为：
若方程(4)与方程(5)在角θ处相切，则将x＝rcosθ+L带入公式(6)，则有：
y′＝2ax+b＝2a(rcosθ+L)+b＝-cotθ θ∈[π/2，π) (8)
整理公式(8)，得到：
b＝-2a(rcosθ+L)-cotθ θ∈[π/2，π) (9)
将公式(5)带入公式(4)中，得到：
rsinθ-H＝a(rcosθ+L)2+b(rcosθ+L) θ∈[π/2，π) (10)
将公式(9)带入公式(10)：
rsinθ-H＝a(rcosθ+L)2+[-2a(rcosθ+L)-cotθ](rcosθ+L) θ∈[π/2，π) (11)
化简后可得：
将结果带入公式(9)，可得：
将(12)与(13)的结果带入抛物线方程(4)，可得：
公式(14)为消去a、b后的抛物线方程，根据数学模型计算目标，需计算此方程的最低点。此方程导数为0的点为活套最低点，此点符合以下特征：
求得：
将(16)中计算结果带入(14)，求得：
在θ的取值范围内，公式(16)、(17)中两点的运动轨迹即为活套最低点的运动轨迹。
103、对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度。
具体在对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合的过程中，可以在角度参数的取值范围内均匀的选取预设数量的点，计算每个点带入活套运动轨迹的抛物线方程对应的多个横纵坐标，从多个横纵坐标中选取满足预设条件的横纵坐标作为用于拟合的目标点，对目标点进行拟合处理，预设条件为横纵坐标形成的半径大于活套扫描目标位置距离辊道的最小距离，并且横纵坐标形成的半径小于活套扫描仪最佳扫描长度。
具体在根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度的过程中，可以根据拟合结果，计算活套扫描仪安装位置在平面坐标系上的投影点，根据活套扫描仪距离平面坐标系的距离，计算活套扫描仪路径与平面坐标系横轴的夹角，确定活套扫描仪安装位置与角度。
实际应用过程中，在θ取值范围内均匀地取n个点，并分别计算每个点x、y轴坐标，如下表1所示：
表1
其中，xn与yn为将θn带入步骤二中公式(16)、(17)后求出的坐标。
然后，选择其中用于拟合的点，选取规则如下：
选取一点(xj，yj)，满足：
其中，v为设定的活套扫描目标位置距离辊道的最小距离，单位为m；
另选一点(xw，yw)，满足：
其中，u为所选用的活套扫描仪最佳扫描长度，单位为m；
对点(xj，yj)与(xw，yw)之间的所有点进行一次拟合，得到一次函数：
y＝cx+d (20)
计算活套扫描仪安装位置在平面Q上投影点：
活套扫描仪距离平面Q距离D：
其中距离D单位为m，α为活套扫描仪最佳扫描角度；
活套扫描仪扫描路径与平面Q的x轴夹角：
β＝tan-1c (23)
具体活套安装示意图如图5所示。
104、对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理。
具体地，预先设置活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅，利用活套扫描仪当前运算周期发送的活套原始数据、上一运算周期发送的活套原始数据和活套扫描仪上一周期经过限制增长率处理的中间量所形成的区间，判断区间分别与活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅的比较结果，进一步根据比较结果，对活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理。
实际应用过程中，通过对活套扫描仪采集的数据进行数据处理，避免数据跳变，同时使数据变化平滑，具体方法如下：
其中，ln为处理后的活套量，单位为mm，ln将被用于闭环控制；Error表示活套震荡过大，数据无法采信，ln保持上个正常时刻的值，直至Error取消；lan为活套扫描仪当前运算周期发送的活套原始数据，单位为mm；lan-1为活套扫描仪上一运算周期发送的活套原始数据，单位为mm；lbn为当前运算周期经过限制增长率处理后的中间量，单位为mm；lbn-1为上一运算周期经过限制增长率处理后的中间量，单位为mm；k1为活套震荡判定累计计算时刻数；k2为活套震荡判定累计阈值，单位为mm；k3为活套单运算周期变化量限幅，单位为mm；k4为活套平滑处理时刻数；
可以理解的是，该处理方法会牺牲部分的系统相应速度，但是能够使得控制结果更加平滑，避免跳变，产线整体节奏更加稳定。
105、将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息。
具体地，以处理后活套数据作为反馈值，活套调整量作为输出值，预先设置PID控制器中控制参数的取值范围；判断当前对钢带前进速度起主要影响的设备，根据设备与基础速度之间的比例关系，调整带前馈的PID的零点调整量，控制活套的位置信息。
实际应用过程中，以处理后的活套量ln为反馈值；
以活套调整量k5为输出值；
k5v铸＝v基 (25)
其中v铸为铸机实时拉速，v基为其他区域基础速度，包括辊道、夹送辊、轧机、卷取，均以此速度为基准进行控制；
因薄带连铸生产成本较高，一旦发生活套失控，会直接造成生产节奏错乱，甚至造成生产终止，因此需要在第一次投用PID控制器前提前确认主要参数取值范围，PID控制器主要参数取值范围选取方法为：
其中，Kp为PID控制器中的P参数；tplc为PID控制器的采样周期，单位为ms；k6为该算式的调节系数，在0.002～0.01之间取值；k7为工艺允许的最大活套调整量；k8为PID控制器的零点调整量；k9为工艺允许的最小活套调整量；lmax为活套扫描仪所能检测的最大活套量；laim为工艺要求的目标活套量；lmin为活套扫描仪所能检测的最小活套量。
Ti＝k10tplcalim (27)
其中，Ti为PID控制器中的I参数，单位为ms；k10为该算式的调节系数，在0.05～0.2之间取值；alim为正常状态下活套调整量每秒最大变化速率。
PID参数中D参数Td单位为ms，应设置为一个尽量大的时间常量，使其仅在活套剧烈变化时起到保护作用，从而使得整体控制更加平滑。
前馈控制的施加方法为：
系统判断当前对钢带前进速度起主要影响的设备，根据该设备与基础速度v基之间的比例关系，调整PID控制器的零点调整量k8，从而达到稳定活套，减少产线设备动作对活套的干扰的目的。
影响k8的几个产线设备动作状态有：辊道驱动钢带自由前进、卷取建张、轧机开轧、铸机出口夹送辊压下。
具体带前馈的活套PID控制器逻辑图如图6所示。
本发明提供一种薄带连铸活套的控制方法，通过建立活套姿态的近似数学模型，计算活套近似模型最低点的运动轨迹，对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并据此计算活套扫描仪安装位置与角度，对活套扫描仪采集的数据进行数据处理，避免数据跳变，同时使数据变化平滑，设计带前馈的PID控制器，精确控制活套位置。与现有技术中，沿产线方向进行扫描，从而对活套进行检测与控制的方法相比，本发明实施例使用一台活套扫描仪，安装在铸机侧面，扫描路径与产线方向互相垂直。通过近似模型的计算，计算出活套扫描仪的最佳安装位置与角度，再通过数据处理环节与带前馈的PID控制器环节的设计，将活套值控制在一定范围之内，同时还能够使系统速度变化尽可能地平滑，最大程度上避免速度波动对产品质量的影响。使用该方法中的计算方法来确定的活套安装位置利于维护，抗干扰能力强，小套量时检测准确，使用该方法中的控制方法对活套进行控制，活套稳定，速度波动小，提高了生产过程中铸带运行的稳定性，以使得稳定状态下活套误差在预设范围以内。
下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
对本方法应用如下参数：
辊道圆心与铸辊辊缝沿产线方向的距离L＝1.5m；
辊道圆心与辊缝在垂直方向上的距离H＝3m；
辊道半径r＝0.1m；
将以上变量带入公式(16)、(17)，得：
对θ在取值范围内按照步骤三中规则取点，取点数n＝40，每个点对应的x、y轴坐标如下表2所示(θ以弧度制表示)：
表2
以上点位组成的最低点轨迹曲线图如图7所示；
设定活套扫描目标位置距离辊道的最小距离v＝0.05m；
按照公式(18)中规则从表中选取点(xj，yj)，计算得j＝8时，满足：
j＝8时，该点为(1.3684，-2.9207)；
所选用的活套扫描仪最佳扫描长度u＝1m；
根据公式(19)中规则从表中选取点(xw，yw)，计算得w＝34时，满足：
w＝34时，该点为(0.96，-3.7805)；
对含(1.3684，-2.9207)与(0.96，-3.7805)在内，两点之间所有点进行一次拟合，得到一次拟合方程：
y＝1.806x-5.2721 (32)
如图8所示，为最终选取的点，及其拟合曲线；
计算活套扫描仪安装位置在平面Q上投影点：
活套扫描仪最佳扫描角度α＝30°；
活套扫描仪距离平面Q距离D：
活套扫描仪扫描路径与平面Q的x轴夹角：
β＝tan-1c＝tan-11.806≈61° (35)
按照以上位置与角度安装活套扫描仪后，并人为选定零点，采集到如图9所示数据，对其进行处理，参数设定如下：
活套震荡判定累计计算时刻数k1＝4；
活套震荡判定累计阈值k2＝300mm；
活套单运算周期变化量限幅k3＝30mm；
活套平滑处理时刻数k4＝3；
处理原则如下：
处理后的数据曲线如图10所示。
设计PID控制器，主要参数取值如下：
PID控制器的采样周期tplc＝200ms；
P参数算式的调节系数k6＝0.005；
工艺允许的最大活套调整量k7＝40％；
PID控制器的零点调整量k8初始设为0％；
工艺允许的最小活套调整量kg＝-40％；
活套扫描仪所能检测的最大活套量lmax＝800mm；
工艺要求的目标活套量laim＝100mm；
活套扫描仪所能检测的最小活套量lmin＝-200mm；
I参数算式的调节系数k10＝0.1；
正常状态下活套调整量每秒最大变化速率alim＝2％/s；
Ti＝k10tplcalim＝40ms (38)
Td取2000ms；
设备不同状态及其对应的k8值如下表：
| 序专 | 产线设备状态 | k8 |
| 1 | 辊道驱动钢带自由前进 | +15％ |
| 2 | 卷取建张 | -5％ |
| 3 | 轧机开轧 | +30％ |
| 4 | 铸机出口夹送辊压下 | +20％ |
活套控制效果所显示活套值的曲线图如图11所示，通过使用此方法，可以在开浇后5分钟内将活套控制稳定，稳定后活套波动量在±20mm以内。同时一旦有产线设备动作，对活套产生干扰后，活套能够较平稳地调节并快速重新恢复稳定。
继续微调PID参数以及k8的值，可以进一步优化控制效果。
进一步地，作为图2所述方法的具体实现，本发明实施例提供了一种薄带连铸活套的控制装置，如图12所示，所述装置包括：建立单元21、计算单元22、拟合单元23、处理单元24、控制单元25。
建立单元21，可以用于建立活套姿态的近似数学模型；
计算单元22，可以用于计算所述活套近似模型最低点的运动轨迹；
拟合单元23，可以用于对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度；
处理单元24，可以用于对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理；
控制单元25，可以用于将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息。
本发明提供一种薄带连铸活套的控制装置，通过建立活套姿态的近似数学模型，计算活套近似模型最低点的运动轨迹，对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并据此计算活套扫描仪安装位置与角度，对活套扫描仪采集的数据进行数据处理，避免数据跳变，同时使数据变化平滑，设计带前馈的PID控制器，精确控制活套位置。与现有技术中，沿产线方向进行扫描，从而对活套进行检测与控制的方法相比，本发明实施例使用一台活套扫描仪，安装在铸机侧面，扫描路径与产线方向互相垂直。通过近似模型的计算，计算出活套扫描仪的最佳安装位置与角度，再通过数据处理环节与带前馈的PID控制器环节的设计，将活套值控制在一定范围之内，同时还能够使系统速度变化尽可能地平滑，最大程度上避免速度波动对产品质量的影响。使用该方法中的计算方法来确定的活套安装位置利于维护，抗干扰能力强，小套量时检测准确，使用该方法中的控制方法对活套进行控制，活套稳定，速度波动小，提高了生产过程中铸带运行的稳定性，以使得稳定状态下活套误差在预设范围以内。
进一步地，所述建立单元21，具体可以用于以带钢轧制运行方向为X轴，以垂直水平向上方向为Y轴，建立平面坐标系；
以铸辊中心线连线中间所处位置为坐标原点，确定辊道外表面在平面坐标系上的投影圆；
将钢带在铸机内姿态在平面坐标系上的投影作为标准悬链线，简化为第一抛物线；
根据活套运动轨迹设置所述第一抛物线与所述投影圆相切，计算第一抛物线最低点的运动轨迹，建立活套姿态的近似书学模型。
进一步地，所述计算单元22，具体可以用于分别对所述辊道外表面在平面坐标系上的投影与所述抛物线进行简化处理后，得到活套运动轨迹的抛物线方程，所述抛物线方程对应有角度参数的取值范围；
计算所述活套运动轨迹的抛物线方程对应导数为零的点；
在所述角度参数的取值范围内，将所述导数为零作为活套最低点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程，得到所述活套近似模型最低点的运动轨迹。
进一步地，所述拟合单元23，具体可以用于在所述角度参数的取值范围内均匀的选取预设数量的点，计算每个点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程对应的多个横纵坐标；
从所述多个横纵坐标中选取满足预设条件的横纵坐标作为用于拟合的目标点，对所述目标点进行拟合处理，所述预设条件为横纵坐标形成的半径大于活套扫描目标位置距离辊道的最小距离，并且横纵坐标形成的半径小于活套扫描仪最佳扫描长度。
进一步地，所述拟合单元23，具体还可以用于根据拟合结果，计算活套扫描仪安装位置在平面坐标系上的投影点；
根据所述活套扫描仪距离平面坐标系的距离，计算所述活套扫描仪路径与平面坐标系横轴的夹角，确定活套扫描仪安装位置与角度。
进一步地，所述处理单元24，具体可以用于预先设置活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅；
利用活套扫描仪当前运算周期发送的活套原始数据、上一运算周期发送的活套原始数据和活套扫描仪上一周期经过限制增长率处理的中间量所形成的区间，判断所述区间分别与活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅的比较结果；
根据所述比较结果，对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理。
进一步地，所述控制单元25，具体可以用于以所述处理后活套数据作为反馈值，活套调整量作为输出值，预先设置PID控制器中控制参数的取值范围；
判断当前对钢带前进速度起主要影响的设备，根据所述设备与基础速度之间的比例关系，调整带前馈的PID的零点调整量，控制活套的位置信息。
需要说明的是，本实施例提供的一种薄带连铸活套的控制装置所涉及各功能单元的其他相应描述，可以参考图2中的对应描述，在此不再赘述。
基于上述如图2所示方法，相应的，本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所示的薄带连铸活套的控制方法。
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所述的方法。
基于上述如图2所示的方法，以及图12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2所示的薄带连铸活套的控制方法。
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，本实施例提供的薄带连铸活套的控制的实体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。
存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理上述计算机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，使用该方法中的计算方法来确定的活套安装位置利于维护，抗干扰能力强，小套量时检测准确，使用该方法中的控制方法对活套进行控制，活套稳定，速度波动小，提高了生产过程中铸带运行的稳定性，以使得稳定状态下活套误差在预设范围以内。
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 (7)
1.一种薄带连铸活套的控制方法，其特征在于，所述方法包括：
建立活套姿态的近似数学模型，具体以带钢轧制运行方向为X轴，以垂直水平向上方向为Y轴，建立平面坐标系；以铸辊中心线连线中间所处位置为坐标原点，确定辊道外表面在平面坐标系上的投影圆；将钢带在铸机内姿态在平面坐标系上的投影作为标准悬链线，简化为第一抛物线；根据活套运动轨迹设置所述第一抛物线与所述投影圆相切，计算第一抛物线最低点的运动轨迹，建立活套姿态的近似书学模型；
计算活套近似模型最低点的运动轨迹，具体分别对所述辊道外表面在平面坐标系上的投影与所述抛物线进行简化处理后，得到活套运动轨迹的抛物线方程，所述抛物线方程对应有角度参数的取值范围；计算所述活套运动轨迹的抛物线方程对应导数为零的点；在所述角度参数的取值范围内，将所述导数为零作为活套最低点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程，得到所述活套近似模型最低点的运动轨迹；
对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度，具体在所述角度参数的取值范围内均匀的选取预设数量的点，计算每个点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程对应的多个横纵坐标；从所述多个横纵坐标中选取满足预设条件的横纵坐标作为用于拟合的目标点，对所述目标点进行拟合处理，所述预设条件为横纵坐标形成的半径大于活套扫描目标位置距离辊道的最小距离，并且横纵坐标形成的半径小于活套扫描仪最佳扫描长度；
对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理；
将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度，具体包括：
根据拟合结果，计算活套扫描仪安装位置在平面坐标系上的投影点；
根据所述活套扫描仪距离平面坐标系的距离，计算所述活套扫描仪路径与平面坐标系横轴的夹角，确定活套扫描仪安装位置与角度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理，包括：
预先设置活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅；
利用活套扫描仪当前运算周期发送的活套原始数据、上一运算周期发送的活套原始数据和活套扫描仪上一周期经过限制增长率处理的中间量所形成的区间，判断所述区间分别与活套震荡判定累积阈值和活套单运算周期变化量限幅的比较结果；
根据所述比较结果，对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息，具体包括：
以所述处理后活套数据作为反馈值，活套调整量作为输出值，预先设置PID控制器中控制参数的取值范围；
判断当前对钢带前进速度起主要影响的设备，根据所述设备与基础速度之间的比例关系，调整带前馈的PID的零点调整量，控制活套的位置信息。
5.一种薄带连铸活套的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
建立单元，用于建立活套姿态的近似数学模型，具体以带钢轧制运行方向为X轴，以垂直水平向上方向为Y轴，建立平面坐标系；以铸辊中心线连线中间所处位置为坐标原点，确定辊道外表面在平面坐标系上的投影圆；将钢带在铸机内姿态在平面坐标系上的投影作为标准悬链线，简化为第一抛物线；根据活套运动轨迹设置所述第一抛物线与所述投影圆相切，计算第一抛物线最低点的运动轨迹，建立活套姿态的近似书学模型；
计算单元，用于计算活套近似模型最低点的运动轨迹，具体分别对所述辊道外表面在平面坐标系上的投影与所述抛物线进行简化处理后，得到活套运动轨迹的抛物线方程，所述抛物线方程对应有角度参数的取值范围；计算所述活套运动轨迹的抛物线方程对应导数为零的点；在所述角度参数的取值范围内，将所述导数为零作为活套最低点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程，得到所述活套近似模型最低点的运动轨迹；
拟合单元，用于对计算出的活套最低点运动轨迹进行一次拟合，并根据拟合结果计算活套扫描仪安装位置与角度，具体在所述角度参数的取值范围内均匀的选取预设数量的点，计算每个点带入所述活套运动轨迹的抛物线方程对应的多个横纵坐标；从所述多个横纵坐标中选取满足预设条件的横纵坐标作为用于拟合的目标点，对所述目标点进行拟合处理，所述预设条件为横纵坐标形成的半径大于活套扫描目标位置距离辊道的最小距离，并且横纵坐标形成的半径小于活套扫描仪最佳扫描长度；
处理单元，用于对所述活套扫描仪采集的活套数据进行数据处理；
控制单元，用于将处理后活套数据作为反馈值，利用预先设计带前馈的PID控制器控制活套的位置信息。
6.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
7.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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