CN116441324A - 一种板形控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种板形控制系统，包括弯辊力前馈控制模块、弯辊力反馈控制模块和工作辊调节模块，工作辊调节模块包括工作辊弯辊调节模块和工作辊窜辊调节模块；还包括自学习模块和板形预设定模型。本发明用于热连轧带钢生产线的中宽带生产线的过程控制，可实现在热连轧中宽带生产线所生产的宽幅薄带钢控制平均平直度指标和平直度目标标准差指标。
Description
技术领域
本发明属于自动板形控制技术领域，具体涉及一种板形控制系统。
背景技术
在带钢热连轧生产过程中，钢种、轧制温度、中间坯厚度、辊形等轧制条件不断变化，以及AGC系统控制厚度时对于辊缝的不断调整，使得各机架轧制力随之发生很大范围的波动。轧制力变化将影响本机架出口带钢凸度，破坏机架间的协调平衡。如果任其发展而不加以干预，则带钢的板形必然也会随之波动，造成生产的不稳定和带钢板形的恶化。
发明内容
针对以上技术问题，本发明提出的技术方案包括弯辊力前馈控制模块、弯辊力反馈控制模块和工作辊调节模块，所述工作辊调节模块包括工作辊弯辊调节模块和工作辊窜辊调节模块；所述系统还包括自学习模块和板形预设定模型；
所述弯辊力反馈控制模块执行如下控制步骤：
接收在精轧机组末机架出口处采集的钢板的板形测量值与所述板形预设定模型中设置的板形目标值，计算板形反馈控制偏差；
输出弯辊力反馈调整量至所述工作辊调节模块；
所述弯辊力前馈控制模块执行以下步骤：
对精轧机组中各机架的弯辊力进行轧制力波动补偿并将弯辊力第一补偿量发送给所述工作辊调节模块；
所述工作辊调节模块执行以下步骤：
向执行机构发送指令，通过所述执行机构依次调整精轧机组中的若干机架弯辊力完成板形控制；
所述自学习模块用于修正所述板形预设定模型的参数。
本发明用于热连轧带钢生产线的中宽带生产线的过程控制，可实现在热连轧中宽带生产线所生产的宽幅薄带钢控制平均平直度指标和平直度目标标准差指标。
附图说明
图1：一些实施方式的板形控制系统的控制原理图；
图2：一些实施方式的板形控制系统的控制原理图；
图3：一些实施方式的板形控制系统的弯辊力前馈控制模块的闭环控制原理；
图4：一些实施方式的板形控制系统自学习模块执行步骤流程。
具体实施方式
首先，介绍本领域相关技术背景。热连轧带钢生产线按生产过程包括原料准备，加热，粗轧制，精轧制，卷取等工段。还可能包括精整工艺。其中，粗轧制工艺中的粗轧机组的任务是将板坯轧制成符合精轧机组要求的带坯，在粗轧机组的末机架通常设有测厚、测宽、测温度装置，用于获取实现自动控制的必要数据。粗轧机组到精轧机组中间辊道的长度根据带坯尺寸和操作需要设置。
精轧制工段通常由多个精轧机组成热连轧机组。目前生产要求的提高，为适应高速轧制，精轧制工段必须配备高速、准确的下压执行系统和相应的自动化控制系统。热连轧带钢生产线的板形控制包括工艺方面和设备方面。工艺方面包括：合理安排不同规格产品的轧制排程；合理分配轧制复合；调整轧辊温度；张力控制法；异步轧制法。设备方面包括：原始凸度辊法、液压弯辊法、调整轧辊凸度法(如VC轧机、DSR轧机和NIPCO轧机等)、轧辊变形自补偿法、阶梯形支撑辊法、窜动轧辊法(如HC轧机、CVC轧机和UPC轧机等)、在线研磨轧辊法(ORG)和轧辊交叉法(PC轧机)；板形控制策略同样是保证板形质量的重要手段，截止目前为止主要包括三方面：柔性辊缝控制策略、刚性辊缝控制策略和均匀磨损控制策略。
通过以下实施方式说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本发明的范围。
一些实施方式的板形控制系统，该系统用于热连轧带钢生产线，热连轧带钢生产线在精轧机组末机架出口处设有采集板形实测数据的仪器，如图1中所示板形控制系统包括用于实现基础自动化级控制功能的弯辊力前馈控制模块、弯辊力反馈控制模块和工作辊调节模块，工作辊调节模块具体包括工作辊弯辊调节模块和工作辊窜辊调节模块；还包括用于实现过程自动化控制级控制功能的自学习模块和板形预设定模型；
弯辊力反馈控制模块执行如下控制步骤：
接收在精轧机组末机架出口处采集的钢板的板形测量值与所述板形预设定模型中设置的板形目标值，计算板形反馈控制偏差；
输出弯辊力反馈调整量至所述工作辊调节模块；
所述弯辊力前馈控制模块执行以下步骤：
对精轧机组中各机架的弯辊力进行轧制力波动补偿并将弯辊力第一补偿量发送给所述工作辊调节模块；
所述工作辊调节模块执行以下步骤：
向执行机构发送指令，通过所述执行机构依次调整精轧机组中的若干机架弯辊力完成板形控制；
所述自学习模块用于修正所述板形预设定模型的参数。
一些更具体的实施方式，如图2的板形控制系统，还包括用于实现基础自动化级控制功能的板形厚度解耦控制模块；板形厚度解耦控制模块利用AGC计算的调节量在送给内环APC同时发送给ASC计算第二补偿量，工作辊弯辊调节模块根据第二补偿量对所述精轧组的末两个机架的弯辊力进行调整。弯辊力反馈控制模块包括分别用于实现带钢凸度和带钢平直度负反馈控制的两个控制模块。
板形板厚解耦控制利用AGC计算的调节量在送给内环APC同时发送给ASC进行补偿计算，这样可以加快调节速度，弯辊力根据补偿量进行变动。计算公式如下：
其中，ΔBF：因辊缝调整后相应的弯辊力调节量，t；ΔS：AGC调节量，mm，当AGC增加(ΔS>0)时，弯辊力应变小，反之(ΔS<0)，弯辊力应增大；MP：轧机纵向刚度系数，t/mm；Q：带钢塑性系数，t/mm；弯辊力-轧制力前馈控制模型系数；α：调整系数。
板形预设定模型具体包括弯辊力设定模型和窜辊设定模型。
一些具体的实施方式，弯辊力反馈控制模块基于如式I的PID控制器的平直度反馈控制模型通过平直度反馈控制偏差计算弯辊力反馈调整量ΔF(k)：
其中，k为控制周期序号，k＝0，1，2，…；ΔF(k)为第k个控制周期末时刻弯辊力调整量，e(k)为第k个控制周期的平直度偏差，Δe(k)为第k个控制周期的平直度偏差与第k-1个控制周期的平直度偏差的差值；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数；kBF为弯辊力对平直度影响系数；第k个控制周期的平直度偏差e(k)由式II计算：
e(k)＝ξ(r(k)-yact(k)) 式II
其中，e(k)为第k控制周期的平直度偏差；r(k)为平直度目标值；yact(k)为第k控制周期的平直度实测值；ξ为不对称浪形调节系数。
一些更具体的实施方式，弯辊力前馈控制模块的闭环控制原理如图3，在该系统的平直度闭环反馈控制中，主要是在精轧组第6机架F6进行反馈控制，而当F6的调控能力达到设备极限但还不能消除平直度缺陷时，精轧组第5机架F5也投入平直度的反馈控制。当轧制过程中有空过机架时，参与轧制的最后两个机架实行平直度反馈控制。弯辊力前馈控制模块基于下式的弯辊力前馈控制模型计算所述精轧机组中各机架的弯辊力第一补偿量：
其中，为第i机架的弯辊力第一补偿量，i为精轧机组按进料到出料顺序的机架编号，/>为第i机架的弯辊力前馈控制模型调整系数，/>为第i个机架的轧制力变化量；kFF为弯辊力-轧制力前馈控制模型系数；
一些实施方式中的弯辊力前馈控制模块在当带钢通过每个机架后并接收到咬钢信号延时1s后锁定轧制力和弯辊力，再由所述工作辊弯辊调节模块向执行机构发送指令对弯辊力实时调整。
一些实施方式的弯辊力反馈控制模块还被配置为基于工作辊分段冷却或复杂辊形曲线进行高次浪形控制。
一些实施方式的自学习模块通过从精轧机组的末机架出口采集的平直度实测值与平直度目标值通过自学习计算平直度偏差，并根据所述平直度偏差对所述板形预设定模型的包括弯辊力前馈影响系数，弯辊力对凸度的影响系数以及弯辊力对平直度的影响系数的多项参数进行修正。
更具体的实施方式中，自学习模块计算所述平直度偏差具体包括如图4的以下步骤：
获取包括平直度实测值和凸度实测值的板形实测值；
计算每个机架单位宽度轧制力；
使用板形实测值修正板形预设定模型的参数。
一些具体的实施方式的自学习模块使用指数平滑法：
βn+1＝βn+α(β*n-βn)，β为要进行学习的模型系数，存在计算机设置的自学习表中，在轧制第n根钢时自学习表中存储的系数称为βn，在对第n根钢进行设定时模型将从自学习表中取出并采用βn值，当第n根钢头部轧出精轧机组后通过实测值可推算出此系数的实测值β*n，当β*n与βn有差异时表明设定有误差，利用新的信息对βn进行递推修正，计算出βn+1存回到自学习表中，用于下根钢设定计算
上述步骤中，使用平直度实测值修正所述板形预设定模型的参数的步骤具体包括：通过有限元方法根据辊系弹性变形分析模型离线计算得到不同工况下的影响系数并存储在过程控制计算机中；所述不同工况下的影响系数随板形预设定值、模型参数、PID参数等跟随精轧设定计算一起下发给所述弯辊力反馈控制模块和所述工作辊弯辊调节模块。
本说明书中描述的主题的实施方式和功能性操作可以在以下中实施：数字电子电路，有形实施的计算机软件或者固件，计算机硬件，包括本说明书中公开的结构及其结构等同体，或者上述中的一者以上的组合。本说明书中描述的主题的实施方式可以被实施为一个或多个计算机程序，即，一个或多个有形非暂时性程序载体上编码的计算机程序指令的一个或多个模块，用以被数据处理设备执行或者控制数据处理设备的操作。
计算机程序(还可以被称为或者描述为程序、软件、软件应用、模块、软件模块、脚本或者代码)可以以任意形式的编程语言而被写出，包括编译语言或者解释语言或者声明性语言或过程式语言，并且计算机程序可以以任意形式展开，包括作为独立程序或者作为模块、组件、子程序或者适于在计算环境中使用的其他单元。计算机程序可以但不必须对应于文件系统中的文件。程序可以被存储在保存其他程序或者数据的文件的一部分中，例如，存储在如下中的一个或多个脚本：在标记语言文档中；在专用于相关程序的单个文件中；或者在多个协同文件中，例如，存储一个或多个模块、子程序或者代码部分的文件。计算机程序可以被展开为执行在一个计算机或者多个计算机上，所述计算机位于一处，或者分布至多个场所并且通过通信网络而互相连接。
在本说明书中描述的处理和逻辑流程可以由一个或多个可编程计算机执行，该计算机通过运算输入数据并且生成输出而执行一个或多个的计算机程序，以运行函数。处理和逻辑流程还可以由专用逻辑电路，例如，FPGA(可现场编程门阵列)或者ASIC(专用集成电路)执行，并且设备也可以被实施为专用逻辑电路。
虽然本说明书包含很多具体的实施细节，但是这些不应当被解释为对任何发明的范围或者对可以要求保护的内容的范围的限制，而是作为可以使特定发明的特定实施方式具体化的特征的说明。在独立的实施方式的语境中的本说明书中描述的特定特征还可以与单个实施方式组合地实施。相反地，在单个实施方式的语境中描述的各种特征还可以独立地在多个实施方式中实施，或者在任何合适的子组合中实施。此外，虽然以上可以将特征描述为组合作用并且甚至最初这样要求，但是来自要求的组合的一个或多个特征在一些情况下可以从该组合去掉，并且要求的组合可以转向子组合或者子组合的变形。
已经描述了主题的特定实施方式。其他实施方式在以下权利要求的范围内。例如，在权利要求中记载的活动可以以不同的顺序执行并且仍旧实现期望的结果。作为一个实例，为了实现期望的结果，附图中描述的处理不必须要求示出的特定顺序或者顺序次序。在特定实现中，多任务处理和并行处理可以是有优势的。
Claims (11)
1.一种板形控制系统，其特征在于，包括弯辊力前馈控制模块、弯辊力反馈控制模块和工作辊调节模块，所述工作辊调节模块包括工作辊弯辊调节模块和工作辊窜辊调节模块；所述系统还包括自学习模块和板形预设定模型；
所述弯辊力反馈控制模块执行如下控制步骤：
接收在精轧机组末机架出口处采集的钢板的板形测量值与所述板形预设定模型中设置的板形目标值，计算板形反馈控制偏差；
输出弯辊力反馈调整量至所述工作辊调节模块；
所述弯辊力前馈控制模块执行以下步骤：
对精轧机组中各机架的弯辊力进行轧制力波动补偿并将弯辊力第一补偿量发送给所述工作辊调节模块；
所述工作辊调节模块执行以下步骤：
向执行机构发送指令，通过所述执行机构依次调整精轧机组中的若干机架弯辊力完成板形控制；
所述自学习模块用于修正所述板形预设定模型的参数。
2.如权利要求1所述的板形控制系统，其特征在于，所述弯辊力反馈控制模块基于如式I的PID控制器的平直度反馈控制模型通过平直度反馈控制偏差计算所述弯辊力反馈调整量ΔFk：
其中，k为控制周期序号，k＝0，1，2，…；ΔF(k)为第k个控制周期末时刻弯辊力反馈调整量，e(k)为第k个控制周期的平直度偏差，Δe(k)为第k个控制周期的平直度偏差与第k-1个控制周期的平直度偏差的差值；kp为比例系数，kI为积分系数，kD为微分系数；kBF为弯辊力对平直度影响系数；
所述第k个控制周期的平直度偏差e(k)由式II计算：
e(k)＝ξ(r(k)-yact(k)) 式II
其中，e(k)为第k控制周期的平直度偏差；r(k)为平直度目标值；yact(k)为第k控制周期的平直度实测值；ξ为不对称浪形调节系数。
3.如权利要求1所述的板形控制系统，其特征在于，所述弯辊力前馈控制模块通过如下式的弯辊力前馈控制模型计算所述精轧机组中各机架的弯辊力第一补偿量：
其中，为第i机架的弯辊力第一补偿量，i为精轧机组按进料到出料顺序的机架编号，/>为第i机架的弯辊力前馈控制模型调整系数，/>为第i个机架的轧制力变化量；kFF为弯辊力-轧制力前馈控制模型系数。
4.如权利要求3所述的板形控制系统，其特征在于，所述弯辊力前馈控制模块在当带钢通过每个机架后并接收到咬钢信号延时1s后锁定轧制力和弯辊力，再由所述工作辊弯辊调节模块向执行机构发送指令对弯辊力实时调整。
5.如权利要求1所述的板形控制系统，其特征在于，所述自学习模块通过从精轧机组的末机架出口采集的平直度实测值与平直度目标值通过自学习计算平直度偏差，并根据所述平直度偏差对所述板形预设定模型包括弯辊力前馈影响系数，弯辊力对凸度的影响系数以及弯辊力对平直度的影响系数的多项参数进行修正。
6.如权利要求5所述的板形控制系统，其特征在于，所述自学习模块计算所述平直度偏差具体包括以下步骤：
自学习模块使用指数平滑法：βn+1＝βn+α(β*n-βn)，β为要进行学习的模型系数，存在计算机设置的自学习表中，在轧制第n根钢时自学习表中存储的系数称为βn，在对第n根钢进行设定时模型将从自学习表中取出并采用βn值，当第n根钢头部轧出精轧机组后通过实测值可推算出此系数的实测值β*n，当β*n与βn有差异时表明设定有误差，利用新的信息对βn进行递推修正，计算出βn+1存回到自学习表中，用于下根钢设定计算；
获取包括平直度实测值和凸度实测值的板形实测值；
计算每个机架单位宽度轧制力。
7.如权利要求6所述的板形控制系统，其特征在于，使用平直度实测值修正所述板形预设定模型的参数的步骤包括：通过有限元方法根据辊系弹性变形分析模型离线计算得到不同工况下的影响系数并存储在过程控制计算机中；所述不同工况下的影响系数随板形预设定值、模型参数、PID参数等跟随精轧设定计算一起下发给所述弯辊力反馈控制模块和所述工作辊弯辊调节模块。
8.如权利要求3所述的板形控制系统，其特征在于，还包括板形厚度解耦控制模块；所述板形厚度解耦控制模块利用AGC计算的调节量在送给内环APC同时发送给ASC计算第二补偿量，所述工作辊弯辊调节模块根据所述第二补偿量对所述精轧组的末两个机架的弯辊力进行调整。
9.如权利要求3所述的板形控制系统，其特征在于，所述弯辊力反馈控制模块还被配置为基于工作辊分段冷却或复杂辊形曲线进行高次浪形控制。
10.如权利要求1所述的板形控制系统，其特征在于，所述板形预设定模型包括弯辊力设定模型和窜辊设定模型。
11.一种板形控制方法，其特征在于，所述板形控制方法包括用于执行如权利要求1至10所述任一项系统中的所有步骤。
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| CN116679551A (zh) * | 2023-07-31 | 2023-09-01 | 欣灵电气股份有限公司 | 基于编码器反馈排线轴速度的绕线机自动控制方法 |
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Cited By (2)
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| CN116679551B (zh) * | 2023-07-31 | 2023-10-13 | 欣灵电气股份有限公司 | 基于编码器反馈排线轴速度的绕线机自动控制方法 |
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