CN115138716A - 一种基于屈服强度变化的动态pid板材矫直方法 - Google Patents

一种基于屈服强度变化的动态pid板材矫直方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法。该方法包括：确定板材在初始温度下的屈服强度；根据屈服强度计算各矫直辊的预报矫直力；获取各矫直辊的实测矫直力；采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ前、屈服强度误差值Δσ中以及屈服强度误差值Δσ后；基于所述屈服强度误差值Δσ前、屈服强度误差值Δσ中以及屈服强度误差值Δσ后，确定PID控制器的参数；基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度计算对应矫直辊的目标压下量；基于所述目标压下量，采用确定参数后的PID控制器调整当前矫直辊的实测压下量。本发明能够根据屈服强度在矫直过程中变化，采用PID方法动态调整每个矫直辊的矫直压下量。

Description

一种基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法
技术领域
本发明涉及板材矫直技术领域，特别是涉及一种基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法。
背景技术
对于温度较高的板材，由于在加工、输送、冷却过程中各种原因会导致热量流失，板材不同部位的温度产生变化，导致板材关键参数如屈服强度发生改变，进而引起矫直力发生改变。通常计算矫直力是将板材视为一个整体，采用统一的屈服强度值作为整体板材的屈服强度值进行计算，得到矫直设定工艺，并预报矫直力等关键力能参数。但实际高温板材会存在头尾部、板材表面、板材边缘等部分温度变化较大，导致整个板材温度分布不均，以上原因使得板材的屈服强度并不是一个不变的值，特别是高温、薄板等板材的头部尾部，此外，矫直过程中板材温度也会有较大的变化，这些都使得板材每个部分由于温度变化导致的屈服强度值变化较大。如果按照同样的温度进行处理，往往造成板材头尾部矫直工艺计算误差较大，不能很好的对相应部位进行针对性的矫直。针对板材的不同部位优化矫直工艺参数计算，利用不同的屈服强度值进行矫直工艺和矫直力的计算，同时考虑矫直过程板材时刻变化的位置，需要进一步考虑其关键参数变化的过去、当下、未来趋势，可以使板材的矫直工艺调整更精准，精度更高。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，根据屈服强度在矫直过程中变化，采用PID方法动态调整每个矫直辊的矫直压下量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，包括：
确定板材在初始温度下的屈服强度；
根据初始温度下的屈服强度计算各矫直辊的预报矫直力；
获取各矫直辊的实测矫直力；
根据前一矫直辊的预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ前；
根据当前矫直辊预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ中；
根据后一矫直辊的预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ后；
基于所述屈服强度误差值Δσ前、屈服强度误差值Δσ中以及屈服强度误差值Δσ后，确定PID控制器的参数；
基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度计算对应矫直辊的目标压下量；
基于所述目标压下量，采用确定参数后的PID控制器调整当前矫直辊的实测压下量。
可选地，所述根据初始温度下的屈服强度计算各矫直辊的预报矫直力，具体包括：
根据初始温度下的屈服强度计算各矫直辊的压下量；
根据所述压下量计算各矫直辊的曲率比变化量；
根据所述曲率比变化量计算各矫直辊的弹性弯矩；
根据所述弹性弯矩计算各矫直辊的预报矫直力。
可选地，所述基于所述屈服强度误差值Δσ前、屈服强度误差值Δσ中以及屈服强度误差值Δσ后，确定PID控制器的参数，具体包括：
所述PID控制器的参数D＝Δσ前/σ0、P＝Δσ中/σ0、I＝Δσ后/σ0；其中，σ0表示板材在初始温度下的屈服强度。
可选地，基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度计算对应矫直辊的目标压下量，具体包括：
基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度确定实际屈服强度；
基于所述实际屈服强度计算当前矫直辊的目标压下量。
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：
本发明根据矫直过程中每辊的实测矫直力观测被矫直板材实际屈服强度的变化，利用PID控制器，不断减小原始屈服强度与实际屈服强度的误差值，依据寻找到的实际屈服强度值更新各矫直辊的压下量，实现根据屈服强度在矫直过程中变化，采用PID方法动态调整每个矫直辊的矫直压下量。
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为本发明提供的基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法的流程图；
图2为本发明提供的板材矫直过程图；
图3为本发明提供的采用PID控制器进行压下量调整的原理图。
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基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，根据屈服强度变化动态调整每个矫直辊矫直工艺的动态高精度矫直。
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。
如图1所示，本发明提供的基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，包括以下步骤：
步骤101：确定板材在初始温度下的屈服强度。
利用传感器将目前板材的温度值传送回来，并根据所传送回来的温度，在知识库中确定屈服强度值。
步骤102：根据初始温度下的屈服强度计算各矫直辊的预报矫直力。
(1)进行压下量的计算
将板材均匀的分为多段，在此实施例中分为11段，由于温度等原因使得板材分布不均，导致每一段的屈服强度值各不相同，在矫直过程中，先根据第一段的屈服强度值进行计算，得到第一矫直辊的压下量，在板材矫直的过程中，压下量线性减小，在到达出口辊的时候，压下量为正常值。其余矫直辊的压下量根据第二矫直辊的压下量进行计算。
弹性极限曲率：
Figure BDA0003725187590000041
其中，T表示辊距，ρt表示弹性极限曲率，σs表示屈服强度，h表示板厚，E表示弹性模量。
根据该公式计算第二矫直辊的压下量：
Figure BDA0003725187590000042
在板材矫直的过程中，压下量线性减小，在到达出口辊的时候，压下量为正常值，其余矫直辊的压下量计算公式：
上辊系：
Figure BDA0003725187590000043
下辊系：
Figure BDA0003725187590000044
(2)进行曲率比变化量
Figure BDA0003725187590000045
的计算
根据压下量进行第一矫直辊反弯曲率的计算，根据第一辊矫直反弯曲率计算得到原始曲率的值，根据原始曲率的值进行曲率比变化量的计算。计算公式如下：
第i个矫直辊处反弯曲率：
Figure BDA0003725187590000046
其中，T表示辊距；
第i个矫直辊处原始残余曲率：
Figure BDA0003725187590000051
第二个辊的曲率比变化量：
Figure BDA0003725187590000052
其余矫直辊的曲率比变化量：
Figure BDA0003725187590000053
其中，ρt表示弹性极限曲率，σs表示屈服强度，h表示板厚，E表示弹性模量，Si表示第i个矫直辊压下量，T表示辊距。
(3)进行弹性弯矩Mi的计算。
根据曲率比变化量的值进行计算，得到第一辊弹性弯矩，计算公式如下：
Figure BDA0003725187590000054
其中，Mt表示弹性弯距极限值，w表示板宽，h表示板厚，σs表示屈服强度。
Figure BDA0003725187590000055
其中，Mi表示第i辊的弯矩，
Figure BDA0003725187590000056
表示第i辊的曲率比变化量。
(4)进行矫直辊的预报矫直力的计算
Figure BDA0003725187590000057
Figure BDA0003725187590000061
Figure BDA0003725187590000062
Figure BDA0003725187590000063
......
Figure BDA0003725187590000064
Figure BDA0003725187590000065
其中，Mi表示第i个矫直辊的弯矩，Fi表示第i个矫直辊的预报矫直力。
步骤103：获取各矫直辊的实测矫直力。
步骤104：根据前一矫直辊的预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ前。
步骤105：根据当前矫直辊预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ中。
步骤106：根据后一矫直辊的预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ后。
步骤104-106具体过程如下：
根据计算得到的预报矫直力Fi与实测矫直力Fi'进行比较，得到一个误差值，ΔF＝Fi'-Fi，若ΔF＞0，说明实测矫直力的值比预报矫直力的值大，则屈服强度的值比原始屈服强度值大，则要进行调整，根据该误差值进行反推，利用数值逼近法，屈服强度每隔0.00001MPa进行递增，每调整一次得到一个屈服强度的值，计算一个矫直力的值并与实测矫直力Fi'比较，直到根据屈服强度变化不断调整的计算矫直力的值与实测矫直力的值的误差小于1％，从而得到屈服强度真实值σ'，预报屈服强度误差值Δσ＝σ'-σ。若ΔF＜0，说明实测矫直力的值比预报矫直力的值小，则屈服强度的值比原始屈服强度值小，利用数值逼近法，屈服强度每隔0.00001MPa进行递减，每一个屈服强度的值计算一个矫直力的值，直到矫直力的预报值与实测值的误差小于1％。得到屈服强度真真实值σ'及误差值Δσ。
步骤107：基于所述屈服强度误差值Δσ前、屈服强度误差值Δσ中以及屈服强度误差值Δσ后，确定PID控制器的参数。
设定辊式矫直机有n个辊，假定当前辊不是1号辊和N号辊，则任意辊必定存在前后辊，根据所述屈服强度误差值Δσ前、Δσ中、Δσ后，确定PID控制器参数，D＝Δσ前/σ0、P＝Δσ中/σ0、I＝Δσ后/σ0，其中，σ0表示板材在初始温度下的屈服强度。
步骤108：基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度计算对应矫直辊的目标压下量。具体包括：基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度确定实际屈服强度；基于所述实际屈服强度计算当前矫直辊的目标压下量。
步骤109：基于所述目标压下量，采用确定参数后的PID控制器调整当前矫直辊的实测压下量。
如图3所示，根据构造好的PID控制器，配合设定参数KPi，默认值＝1控制当前辊压下，实现根据屈服强度变化动态调节PID参数的压下量闭环控制，闭环控制输入为目标压下量S0i，输出为实测压下量S1i，反馈误差ΔSi＝S0i-S1i。
由于第1辊和第n辊上没有矫直力默认矫直力等于0，矫直力变化量等于0，对除第1辊、第n辊外的矫直辊重复上述步骤，直到板材矫直完成。图2为本发明提供的板材矫直过程图，F2、F3、F4为第二、三、四矫直辊的预报矫直力，F2'、F3'、F4'为第二、三、四矫直辊的实测矫直力，ΔF为预报矫直力与实测矫直力之间的误差。
本发明根据矫直过程中每辊的实测矫直力观测被矫直板材实际屈服强度的变化，并根据前、中、后屈服强度变化率设定PID控制器参数，从而考虑了屈服强度当前、过去、未来变化对矫直工艺的影响，不断减小原始屈服强度与实际屈服强度的误差值导致的压下量误差，依据寻找到的屈服强度值更新每辊的压下工艺，实现根据屈服强度变化动态调整每个矫直辊矫直工艺的动态高精度矫直。
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 (4)

1.一种基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，其特征在于，包括：
确定板材在初始温度下的屈服强度；
根据初始温度下的屈服强度计算各矫直辊的预报矫直力；
获取各矫直辊的实测矫直力；
根据前一矫直辊的预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ前；
根据当前矫直辊预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ中；
根据后一矫直辊的预报矫直力与实测矫直力之间的误差，采用数值逼近法确定屈服强度误差值Δσ后；
基于所述屈服强度误差值Δσ前、屈服强度误差值Δσ中以及屈服强度误差值Δσ后，确定PID控制器的参数；
基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度计算对应矫直辊的目标压下量；
基于所述目标压下量，采用确定参数后的PID控制器调整当前矫直辊的实测压下量。
2.根据权利要求1所述的基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，其特征在于，所述根据初始温度下的屈服强度计算各矫直辊的预报矫直力，具体包括：
根据初始温度下的屈服强度计算各矫直辊的压下量；
根据所述压下量计算各矫直辊的曲率比变化量；
根据所述曲率比变化量计算各矫直辊的弹性弯矩；
根据所述弹性弯矩计算各矫直辊的预报矫直力。
3.根据权利要求1所述的基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，其特征在于，所述基于所述屈服强度误差值Δσ前、屈服强度误差值Δσ中以及屈服强度误差值Δσ后，确定PID控制器的参数，具体包括：
所述PID控制器的参数D＝Δσ前/σ0、P＝Δσ中/σ0、I＝Δσ后/σ0；其中，σ0表示板材在初始温度下的屈服强度。
4.根据权利要求1所述的基于屈服强度变化的动态PID板材矫直方法，其特征在于，基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度计算对应矫直辊的目标压下量，具体包括：
基于屈服强度误差值Δσ中以及初始温度下的屈服强度确定实际屈服强度；
基于所述实际屈服强度计算当前矫直辊的目标压下量。
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