CN116174499A - 一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，包括：读取轧制钢种、原料宽度、原料厚度和成品厚度的原始信息，通过目标优化算法确定轧制规程参数，包括各机架的出口设定厚度和前滑值；对轧制规程参数进行超限检验和连续性检验；根据轧制规程参数进行相邻机架之间的速度比计算；根据给定的末机架轧辊线速度对各机架的速度进行分配，计算各机架的轧辊线速度设定值；计算厚度控制的调节量，下压模式时将调节量附加到该机架的出口设定厚度上，平整模式时将调节量附加到前一机架的出口设定厚度上，修正相邻两机架间的速度比；根据对机架间的张力限幅，调节机架间的速度比。
Description
技术领域
本发明属于轧制过程自动控制技术领域，涉及一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法。
背景技术
在板带冷连轧过程中，轧辊速度是产品厚度和机架间张力的重要调节手段，传统的速度控制方式是在速度闭环基础上附加张力控制的调节量，把轧辊速度作为张力的主要调控手段，把辊缝作为厚度的主要调控手段，但是由于高速轧制时张力对速度变化的不敏感，此时把张力调节量附加到轧辊速度上会导致控制过程难度加大，且控制精度不高。除此之外，厚度控制和张力控制存在强耦合关系，再加上轧制模式以及控制策略的不同，都会影响轧制过程的稳定性，想要实现连续、稳定的高精度控制，需要一种新的轧辊速度控制方法。
发明内容
针对现有方法存在的不足，本发明提出一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，厚度控制的调节量作为轧辊速度的主修正量，张力控制调节量作为轧辊速度的限幅值，从而克服轧制过程中厚度与张力耦合导致的系统非稳定运行，以达到进一步提高产品厚度精度的目的。
本发明提供一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，包括：
步骤1：读取轧制钢种、原料宽度、原料厚度和成品厚度的原始信息，通过目标优化算法确定轧制规程参数，包括各机架的出口设定厚度和前滑值；
步骤2：对轧制规程参数进行超限检验和连续性检验；
步骤3：根据轧制规程参数进行相邻机架之间的速度比计算；
步骤4：根据给定的末机架轧辊线速度对各机架的速度进行分配，计算各机架的轧辊线速度设定值；
步骤5：计算厚度控制的调节量，末机架工作在下压模式时将调节量附加到末机架的出口设定厚度上，平整模式时将调节量附加到前一机架的出口设定厚度上，修正相邻两机架间的速度比；
步骤6：根据对机架间的张力限幅，调节机架间的速度比。
在本发明的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法中，所述步骤1目标优化算法的数学模型为：
式中，X为优化变量；h 1-h n-1为第1至第n-1机架的出口设定厚度，n为机架总数；J(X)为负荷分配优化目标函数；
为第i机架的压下率i=1,2…n，
、
分别为第i机架允许的最小压下率、最大压下率；F i 为第i机架的轧制力，F max,i 为设备允许的最大轧制力；P i 为第i机架的电机功率，P max,i 为电机最大功率；f si 为第i机架的前滑值，
为第i机架的中性角，D i 为第i机架的轧辊半径，h i 为第i机架出口实际厚度。
在本发明的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法中，所述步骤3根据以下公式计算相邻机架的速度比：
式中，r i(i+1)为第i机架、第i+1机架的轧辊线速度比，i=1,2…n；v ri 为第i机架轧辊线速度，单位m/min；v r(i+1)为第i+1机架轧辊线速度，单位m/min；
为第i机架出口设定厚度，单位mm；h i 为第i机架出口实际厚度，由测厚仪测量或者根据秒流量计算得到，单位mm；f si 和f s(i+1)分别为第i机架、第i+1机架前滑值。
在本发明的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法中，所述步骤4根据以下公式计算各机架的轧辊线速度设定值：
其中，v rn 为第n机架轧辊线速度，v 0为末机架的轧辊线速度设定值，m/min。
在本发明的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法中，所述步骤5中计算厚度控制的调节量具体为：
步骤5.1：厚度控制的调节量Δh n 计算方式如下：
k为厚度控制增益系数，积分时间t I 的大小与末机架出口带钢速度实际值、主传动响应时间以及出口测厚仪响应时间相关；
为是测厚仪检测的厚度偏差；
步骤5.2：根据下式计算积分时间t I ：
式中，t D,n 为末机架主传动系统响应时间，单位s；t X,n 为出口测厚仪响应时间，单位s；l n,X 为末机架与出口测厚仪之间的距离，单位m；v n 为末机架出口带钢速度实际值，单位m/s；
步骤5.3：根据机架的工作模式，将厚度控制的调节量代入步骤3中对出口设定厚度进行调整，即下压模式时将调节量附加到末机架的出口设定厚度上，平整模式时将调节量附加到前一机架的出口设定厚度上，进而修正前后两机架间的速度比。
在本发明的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法中，所述步骤6具体为：
步骤6.1：计算张力上限幅值和下限幅值：
式中，T ref 为张力设定值，单位t；T max 为张力上限幅值，单位t；T min 为安全张力下限幅值，单位t；
为比例系数，与相邻两机架间带钢速度有关，取值范围0.4~0.6；
为比例系数，与相邻两机架间带钢速度有关，取值范围0.1~0.3；
步骤6.2：计算相邻两个机架的速度比修正量限幅值，具体为：
式中，
为计算的速比修正下限值；
为计算的速比修正上限值；
为速比修正增益，与相邻两机架的厚度和张力有关；T act 为张力计检测的实际张力，单位t；当张力过大或者过小时，速度比每个执行周期的变化量受到
和
限制，从而改变速比的变化方向，使张力迅速回到正常范围之内。
本发明的一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，至少具有以下有益效果：
本发明细化了带钢冷连轧过程轧辊速度的控制方法，根据带钢厚度和机架间张力对轧辊速度进行实时控制，对反馈的电流值实时监控，精确控制轧制过程中轧辊的速度。本发明方法只需要在软件编程条件下就能方便的实现，不需要硬件成本上的投入，通过对轧辊速度的高精度控制，可以大幅度提高板带产品质量精度并提高轧制过程的稳定性。
附图说明
图1是本发明的一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法的流程图；
图2是本发明实施例的轧机速度分配图；
图3是本发明实施例的速比修正量限幅计算图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，包括：
步骤1：读取轧制钢种、原料宽度、原料厚度和成品厚度的原始信息，通过目标优化算法确定轧制规程参数，包括各机架的出口设定厚度和前滑值；
所述目标优化算法的数学模型为：
式中，X为优化变量；h 1-h n-1为第1至第n-1机架的出口设定厚度，n为机架总数；J(X)为负荷分配优化目标函数；
为第i机架的压下率i=1,2…n，
、
分别为第i机架允许的最小压下率、最大压下率；F i 为第i机架的轧制力，F max,i 为设备允许的最大轧制力；P i 为第i机架的电机功率，P max,i 为电机最大功率；
式中，f si 为第i机架的前滑值，
为第i机架的中性角，D i 为第i机架的轧辊半径，h i 为第i机架出口实际厚度。
式中，
为第i机架的接触弧角，
为第i机架的摩擦系数。
式中，
为第i机架的带钢下压量，
为第i机架的轧辊的压扁半径，h i 为第i机架出口实际厚度，h i-1为第i-1机架出口实际厚度。
式中，R i 为第i机架的轧辊半径；
为泊松比，取值为3；E为工作辊弹性模量，取为2.13×105MPa；F i 为第i机架的轧制力；B为带钢宽度，π为圆周率。
步骤2：对轧制规程参数进行超限检验和连续性检验；
轧制规程计算完成后下发至基础自动化系统，基础自动化系统在收到新的规程数据后，开始对数据的有效性进行校验，主要完成两种检验：超限检验和数值连续性检验。
超限检验：下限<预设定值<上限。
数值连续性检验，例如，h0>h1>h2>h3>h4>h5。
校验完成后将数据存储在下一卷规程数据存储区域中，等待焊缝进入轧机后进行数据分配。
步骤3：根据轧制规程参数进行相邻机架之间的速度比计算；
具体根据以下公式计算相邻机架的速度比：
式中，r i(i+1)为第i机架、第i+1机架的轧辊线速度比，i=1,2…n；v ri 为第i机架轧辊线速度，单位m/min；v r(i+1)为第i+1机架轧辊线速度，单位m/min；
为第i机架出口设定厚度，单位mm；h i 为第i机架出口实际厚度，由测厚仪测量或者根据秒流量计算得到，单位mm；f si 和f s(i+1)分别为第i机架、第i+1机架前滑值。
步骤4：根据给定的末机架轧辊线速度对各机架的速度进行分配，计算各机架的轧辊线速度设定值；
操作人员通过主操作台上的按键触发不同的轧制模式，如：穿带、加速、减速等轧制模式。不同轧制模式下将末机架轧辊线速度设定为速度v 0，以五机架冷连轧机为例，其他机架根据速比计算轧辊线速度设定值，如图2所示，1-5分别表示第1-5机架。
具体根据以下公式计算各机架的轧辊线速度设定值：
其中，v rn 为第n机架轧辊线速度，v 0为末机架的轧辊线速度设定值，m/min。
步骤5：计算厚度控制的调节量，末机架工作在下压模式时将调节量附加到末机架的出口设定厚度上，平整模式时将调节量附加到前一机架的出口设定厚度上，修正相邻两机架间的速度比；
厚度控制系统根据厚度偏差，计算厚度控制的调节量具体为：
步骤5.1：厚度控制的调节量Δh n 计算方式如下：
k为厚度控制增益系数，积分时间t I 的大小与末机架出口带钢速度实际值、主传动响应时间以及出口测厚仪响应时间相关；
为是测厚仪检测的厚度偏差；
步骤5.2：根据下式计算积分时间t I ：
式中，t D,n 为末机架主传动系统响应时间，单位s；t X,n 为出口测厚仪响应时间，单位s；l n,X 为末机架与出口测厚仪之间的距离，单位m；v n 为末机架出口带钢速度实际值，单位m/s；
步骤5.3：根据机架的工作模式，将厚度控制的调节量代入步骤3中对出口设定厚度进行调整，即下压模式时将调节量附加到末机架的出口设定厚度上，平整模式时将调节量附加到前一机架的出口设定厚度上，进而修正前后两机架间的速度比。
以五机架冷连轧机，且第5机架工作在下压模式为例，第5机架监控AGC的控制量作为第5机架的出口厚度修正量输出，该控制量送入45速比发生器用以调整第4、5机架间的速度比设定值，如下式所示，进而调整机架速度，最终完成压下模式下对成品厚度的控制。
其中，r 45为第4机架、第5机架的轧辊线速度比，v r4为第4机架轧辊线速度，v r5为第5机架轧辊线速度，
为第4机架出口设定厚度，h 4为第4机架出口实际厚度，
为附加到第5机架上的厚度控制的调节量，f s4 和f s5分别为第4机架、第5机架前滑值。
步骤6：根据对机架间的张力限幅，调节机架间的速度比。
冷连轧机架之间的张力有两种控制策略，一种通过调节下游机架的辊缝实现张力的稳定控制，另一种通过调节机架间的速度比将张力控制在限幅值内，这两种策略并行工作。与速度相关的控制策略是通过调节相邻机架速比修正量限幅值进行控制，以1、2机架间张力控制为例如图3所示。具体包括如下步骤：
步骤6.1：计算张力上限幅值和下限幅值：
式中，T ref 为张力设定值，单位t；T max 为张力上限幅值，单位t；T min 为安全张力下限幅值，单位t；
为比例系数，与相邻两机架间带钢速度有关，取值范围0.4~0.6；
为比例系数，与相邻两机架间带钢速度有关，取值范围0.1~0.3；
步骤6.2：计算相邻两个机架的速度比修正量限幅值，具体为：
式中，
为计算的速比修正下限值；
为计算的速比修正上限值；
为速比修正增益，与相邻两机架的厚度和张力有关；T act 为张力计检测的实际张力，单位t；当张力过大或者过小时，速度比每个执行周期的变化量受到
和
限制，从而改变速比的变化方向，使张力迅速回到正常范围之内。
具体实施时，主轧机的功率限幅功能也可用于实时监控传动系统工作状态。当主电机实际电流值超过某一限制值时，轧机触发减速功能，当实际电流值小于某一限制值时，轧机触发保持功能。
重复上述步骤，可实现轧制过程中轧辊速度的连续控制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，其特征在于，包括：
步骤1：读取轧制钢种、原料宽度、原料厚度和成品厚度的原始信息，通过目标优化算法确定轧制规程参数，包括各机架的出口设定厚度和前滑值；
步骤2：对轧制规程参数进行超限检验和连续性检验；
步骤3：根据轧制规程参数进行相邻机架之间的速度比计算；
步骤4：根据给定的末机架轧辊线速度对各机架的速度进行分配，计算各机架的轧辊线速度设定值；
步骤5：计算厚度控制的调节量，末机架工作在下压模式时将调节量附加到末机架的出口设定厚度上，平整模式时将调节量附加到前一机架的出口设定厚度上，修正相邻两机架间的速度比；
步骤6：根据对机架间的张力限幅，调节机架间的速度比。
2.如权利要求1所述的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，其特征在于，所述步骤1目标优化算法的数学模型为：
式中，X为优化变量；h 1-h n-1为第1至第n-1机架的出口设定厚度，n为机架总数；J(X)为负荷分配优化目标函数；
为第i机架的压下率i=1,2…n，
、
分别为第i机架允许的最小压下率、最大压下率；F i 为第i机架的轧制力，F max,i 为设备允许的最大轧制力；P i 为第i机架的电机功率，P max,i 为电机最大功率；f si 为第i机架的前滑值，
为第i机架的中性角，D i 为第i机架的轧辊半径，h i 为第i机架出口实际厚度。
3.如权利要求1所述的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，其特征在于，所述步骤3根据以下公式计算相邻机架的速度比：
式中，r i(i+1)为第i机架、第i+1机架的轧辊线速度比，i=1,2…n； v ri 为第i机架轧辊线速度，单位m/min；v r(i+1)为第i+1机架轧辊线速度，单位m/min；
为第i机架出口设定厚度，单位mm；h i 为第i机架出口实际厚度，由测厚仪测量或者根据秒流量计算得到，单位mm；f si 和f s(i+1)分别为第i机架、第i+1机架前滑值。
4.如权利要求3所述的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，其特征在于，所述步骤4根据以下公式计算各机架的轧辊线速度设定值：
其中，v rn 为第n机架轧辊线速度，v 0为末机架的轧辊线速度设定值，单位m/min。
5.如权利要求3所述的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，其特征在于，所述步骤5中计算厚度控制的调节量具体为：
步骤5.1：厚度控制的调节量Δh n 计算方式如下：
其中，k为厚度控制增益系数，积分时间t I 的大小与末机架出口带钢速度实际值、主传动响应时间以及出口测厚仪响应时间相关；
为是测厚仪检测的厚度偏差；
步骤5.2：根据下式计算积分时间t I ：
式中，t D,n 为末机架主传动系统响应时间，单位s；t X,n 为出口测厚仪响应时间，单位s；l n,X 为末机架与出口测厚仪之间的距离，单位m；v n 为末机架出口带钢速度实际值，单位m/s；
步骤5.3：根据机架的工作模式，将厚度控制的调节量代入步骤3中对出口设定厚度进行调整，即下压模式时将调节量附加到末机架的出口设定厚度上，平整模式时将调节量附加到前一机架的出口设定厚度上，进而修正前后两机架间的速度比。
6.如权利要求1所述的多机架冷连轧机轧辊速度的控制方法，其特征在于，所述步骤6具体为：
步骤6.1：计算张力上限幅值和下限幅值：
式中，T ref 为张力设定值，单位t；T max 为张力上限幅值，单位t；T min 为安全张力下限幅值，单位t；
为比例系数，与相邻两机架间带钢速度有关，取值范围0.4~0.6；
为比例系数，与相邻两机架间带钢速度有关，取值范围0.1~0.3；
步骤6.2：计算相邻两个机架的速度比修正量限幅值，具体为：
式中，
为计算的速比修正下限值；
为计算的速比修正上限值；
为速比修正增益，与相邻两机架的厚度和张力有关；T act 为张力计检测的实际张力，单位t；当张力过大或者过小时，速度比每个执行周期的变化量受到
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|---|---|---|---|---|
| CN118023303A (zh) * | 2024-04-15 | 2024-05-14 | 太原理工大学 | 一种薄带轧制生产过程中的辊缝设定方法、装置及设备 |
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- 2023-03-21 CN CN202310273352.3A patent/CN116174499A/zh active Pending
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|---|---|---|---|---|
| CN118023303A (zh) * | 2024-04-15 | 2024-05-14 | 太原理工大学 | 一种薄带轧制生产过程中的辊缝设定方法、装置及设备 |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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