CN116550764B - 一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，涉及板带轧机厚度自动控制技术领域，通过在轧机工作辊布置加速度传感器获得轧机工作辊振动加速度数据，经过对原始信号降噪与积分后得到轧制过程轧机工作辊的振动位移数据，并根据工作辊振动位移与轧机出口板带厚度的关系得到轧机振动情况下轧机出口板带厚度的波动值，计算得到辊缝调节量，实施厚度控制。本发明通过基于工作辊振动测试分析的厚度前馈控制方法解决了实际轧制工况下连轧机组机架间板带厚度波动影响成品板带厚度精度的问题，提高了在轧机工作辊振动条件下的厚度控制能力，提高了板带厚度控制的精度。
Description
技术领域
本发明涉及板带轧机厚度自动控制技术领域，特别是涉及一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法。
背景技术
随着航空航天、船舶汽车、桥梁建筑等行业的发展，金属板带厚度精度作为板带产品最重要的质量指标之一，下游生产对其精度具有更为严格的要求。
热连轧机的厚度自动控制系统一般包含有前馈自动增益控制(AutomaticGeneration Control，AGC)、压力AGC、监控AGC三种厚度控制策略以及其他补偿方法。其中，热连轧机组常规的前馈AGC控制策略主要为塑性系数前馈AGC，其通过板带在入口机架的硬度分布进行测量，并调整下游机架的辊缝，以纠正来料的硬度变化带来的厚度偏差，进而提高整个厚度控制的精度。
然而，前馈AGC有一个固有缺陷，由于其控制效果取决于板带塑性系数的计算精度，不能直接反映上游机架出口带钢的厚度波动供下游机架进行辊缝调整。由于板带轧制规格越来越薄、板带强度越来越高，导致板带轧机产生严重的振动问题，极大地影响着板带的厚度精度，因此在现有热连轧机组前馈厚度AGC控制策略下无法满足各机架入口板带厚度命中轧制工艺预设厚度标准的要求，最终导致成品板带厚度精度不满足要求，甚至导致在生产过程中发生断带、堆钢等损害装备健康与人身安全的生产事故。
现有技术中，有些方案利用测量装置在线测量过程信息，其包括入口测厚仪与入口轧制速度传感器，但是该方法所增设的设备无法满足监测机架间板带厚度波动的目的。还有些方案通过在机架间增设测厚仪的方式来监测机架间的板带厚度波动，但是该方法所测得的板带厚度波动有时间滞后，未能及时、准确反映板带厚度在轧机工作辊振动工况下的厚度波动情况，造成下游机架不能及时对厚度波动进行调整，导致板带产品的厚度缺陷。此外，测厚仪价格昂贵，且维护困难，这无疑给生产方带来较高的使用成本与维护成本。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，以解决现有技术无法在较低成本下控制热连轧机组轧制带钢厚度波动的问题。
本发明采用的技术手段如下：
一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，控制方法包括如下步骤：
通过在轧机工作辊轴承座布置加速度传感器的方法，获得轧制过程中轧机工作辊的原始振动加速度信号；
将轧机工作辊原始振动加速度信号进行降噪处理，得到轧机工作辊降噪后的振动加速度信号；
通过数值积分方法获得轧机工作辊振动位移信号；
根据轧机工作辊振动位移信号与轧机出口板带厚度的关系，获得轧机出口板带厚度波动信号；
根据上一机架的板带出口厚度波动数据计算下一机架的辊缝调节量，并由轧机压下控制系统根据计算的辊缝调节量实施辊缝调节从而进行厚度控制。
进一步地，获得轧制过程中轧机工作辊的振动加速度信号包括如下步骤：
在轧制过程开始前，通过将带有磁座的加速度传感器安装到轧机工作辊轴承座垂直方向，轧制过程开始后获得轧机工作辊原始垂向振动加速度信号。
进一步地，将轧机工作辊振动加速度信号进行降噪处理，得到轧机工作辊去噪后的振动加速度信号包括如下步骤：
通过小波分析方法将轧机工作辊振动加速度信号进行降噪处理。对轧机工作辊原始振动加速度信号进行小波变换，选择一个小波基并确定一个小波分解的层次N，对信号进行N层小波小波分解；
对高频部分的小波系数进行阈值处理，保留一个合适的阈值，小波系数大于该阈值可认为是由轧机工作辊振动加速度信号控制，小于该阈值的可认为是由噪声控制，保留低频的小波系数并对第1到第N层的每一层高频系数采用硬阈值方法进行降噪处理；
进行逆变换，重构真实轧机工作辊振动加速度信号，将小波分解所得的低频系数和经过阈值降噪处理后的第1层到第N层的高频系数做逆小波变换进行重构，得到降噪后的真实轧机工作辊振动加速度信号。
进一步地，通过二次积分方法获得轧机工作辊振动位移信号包括如下步骤：
采用梯形积分法则对降噪后的真实轧机工作辊振动加速度信号进行一次积分处理，获得轧机工作辊振动速度信号，其计算方法如下：
其中：a(t)为降噪处理后的轧机工作辊真实振动加速度信号，v(t)为轧机工作辊振动速度信号，a0为振动加速度信号直流量，a1为振动速度信号直流量；
对获得的轧机工作辊振动速度信号进行一次积分处理，获得轧机工作辊振动位移信号，其计算方法如下：
其中，v(t)为轧机工作辊振动速度信号，s(t)为轧机工作辊振动位移信号，a0为振动加速度信号直流量，a1为振动速度信号直流量，a2为振动位移信号直流量。
进一步地，根据轧机工作辊振动位移信号与轧机出口板带厚度的关系，获得轧机出口板带厚度波动数据包括如下步骤：
根据轧机弹跳方程获得在轧制过程中的轧机出口板带厚度值，轧机出口板带厚度值的计算公式为：
h＝Sp+s(t)；
其中：h表示轧制过程中轧机出口板带厚度值，Sp表示轧机有载辊缝值，s(t)表示轧机工作辊的振动位移；
轧机有载辊缝的计算公式为：
其中，S′表示轧机的空载辊缝，P表示轧机的预设轧制力，C′表示轧机机座总刚度；
通过轧机出口板带预设值与实际轧制工况中的板带厚度值，获得实际轧制过程中的板带厚度波动量，其计算公式为：
Δh＝h0-h；
其中，Δh为实际轧制工况下板带厚度波动量，h0为轧机出口板带厚度预设值，h为实际轧制工况下的板带厚度值。
进一步地，根据上一机架的板带出口厚度波动信号计算下一机架的辊缝调节量，并由轧机压下控制系统根据计算的辊缝调节量实施辊缝调节从而进行厚度控制包括如下步骤：
根据轧机实际轧机工况的板带厚度波动量，计算辊缝调节量，辊缝调节量的计算公式为：
ΔS＝Δh·Q/C′；
其中，ΔS表示辊缝调节量，Δh表示板带厚度波动值，Q表示板带塑性系数，C′表示轧机机座总刚度；
根据连轧机组轧机辊缝间距离与板带运动速度计算轧机控制系统执行辊缝调节时滞量，辊缝调节时滞量计算公式为：
Δt＝L/V；
其中，Δt为轧机执行辊缝调节的时滞量，L为连轧机组轧机辊缝间距离，V为机架间板带运动速度；
延时Δt后轧机压下系统实施辊缝调节。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明使用工作辊振动测试分析的手段计算出在实际轧制工况下的上一机架出口板带厚度波动值，并以该值用于下一机架前馈AGC的计算。通过本发明提供的这种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，可以获得轧机工作辊振动工况下机架间板带厚度波动的数值，并将其利用至前馈AGC控制过程中，该发明可以极大消除在轧机振动情况下板带厚度波动对成品板带厚度偏差的影响，保证了板带的成品质量，不需要增加设备投入，对于提高整卷带钢长度方向上的成品厚度精度与保证轧制稳定性具有积极意义。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例中一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法流程图；
图2为本发明实施例中降噪前轧机工作辊原始振动加速度信号示意图；
图3为本发明实施例中降噪后轧机工作辊真实振动加速度信号示意图；
图4为本发明实施例中轧机工作辊振动位移信号图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1所示，本发明提供了一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，包括以下步骤：
步骤1：在轧机工作辊轴承座布置加速度传感器，通过该加速度传感器获得轧制过程中轧机工作辊的原始振动加速度信号。
具体地，利用带有磁座的单轴加速度传感器，在轧制过程开始前，将传感器安装在轧机工作辊轴承座垂直位置。轧制过程开始后，通过加速度传感器及振动信号采集平台获得轧机工作辊原始振动加速度信号A(t)，加速度传感器为ICP单轴加速度传感器，灵敏度为250。振动信号采集平台采样率为1000Hz。原始振动加速度信号如图2所示。
步骤2：将轧机工作辊原始振动加速度信号进行降噪处理，得到轧机工作辊降噪后的真实振动加速度信号a(t)。
步骤2具体为：
步骤2.1，通过小波分析方法将轧机工作辊原始振动加速度信号进行小波分解，选择“db4”小波基，分解层次为5层，即对原始振动加速度信号进行5层小波分解。
步骤2.2，对高频部分的小波系数进行阈值处理，选择阈值为0.3，阈值选择计算公式如下：
其中，N为信号长度，σ为噪声信号的标准差，噪声信号标准差的计算公式为：
其中，N为信号长度，xn表示信号中的第n个点，μ表示信号样本平均值。
小波系数大于该阈值可认为是由轧机工作辊振动加速度信号控制，小于该阈值的可认为是由噪声控制，保留低频的小波系数并对第1到第5层的每一层高频系数采用硬阈值的方法进行降噪处理；
步骤2.3，进行逆变换，重构轧机工作辊真实振动加速度信号，将小波分解所得的低频系数和经过硬阈值降噪处理后的第1层到第5层的高频系数做逆小波变换进行重构，得到降噪后的轧机工作辊真实振动加速度信号，真实加速度信号如图3所示。
步骤3：通过积分方法获得轧机工作辊振动位移数据。
步骤3具体为：
步骤3.1，采用梯形积分法则对降噪后的真实轧机工作辊振动加速度信号进行一次积分处理，获得轧机工作辊振动速度信号，如图4所示，其计算方法如下：
其中，a(t)为降噪处理后的轧机工作辊真实振动加速度信号，v(t)为轧机工作辊振动速度信号，a0为振动加速度信号直流量，a1为振动速度信号直流量；
步骤3.2，采用梯形积分方法对轧机工作辊振动速度信号进行一次积分处理，获得轧机工作辊振动位移信号，其计算方法如下：
其中，v(t)为轧机工作辊振动速度信号，s(t)为轧机工作辊振动位移信号，a0为振动加速度信号直流量，a1为振动速度信号直流量，a2为振动位移信号直流量。
步骤4：根据轧机工作辊振动位移数据与轧机出口板带厚度的关系，获得轧机出口板带厚度波动数据。
步骤4具体为：
步骤4.1，根据轧机弹跳方程获得轧机工作辊振动情况下的板带厚度值，其计算公式为：
h＝Sp+x(t)；
式中，h表示实际轧制工况板带厚度值，Sp表示轧机的有载辊缝值，x(t)为轧机工作辊的振动位移。
其中，轧机有载辊缝Sp的计算公式为：
式中，S′表示轧机的空载辊缝，P表示轧机的预设轧制力，C′表示轧机机座总刚度。
步骤4.2，通过轧机控制系统板厚预设值h0与步骤4.1中得到的实际轧制工况板带厚度h，可求得实际轧制工况下的板带厚度波动值Δh，其计算公式为：
Δh＝h0-h；
其中，Δh为实际轧制工况下板带厚度波动量，h0为轧机出口板带预设值，h为实际轧制工况下的板带厚度值。
步骤5：根据上一机架板带出口厚度波动数据计算下一机架的辊缝调节量，并由轧机压下控制系统根据计算的辊缝调节量实施辊缝调节从而进行厚度控制。
步骤5具体为：
步骤5.1，根据轧机实际工况的板带厚度波动量，计算辊缝调节量，辊缝调节量的计算公式为：
ΔS＝Δh·Q/C′；
其中，ΔS表示辊缝调节量，Δh表示板带厚度波动量，Q表示板带塑性系数，C′表示轧机机座总刚度；
步骤5.2，根据轧机组轧机辊缝间距离与板带运动速度计算轧机控制系统执行辊缝调节时滞量，辊缝调节时滞量计算公式为：
Δt＝L/V；
式中，Δt为轧机执行辊缝调节的时滞量，L为连轧机组轧机辊缝间距离，V为机架间板带运动速度；
步骤5.3，延时Δt后，轧机压下系统实施辊缝调节，消除厚差。
上述实施例中，使用工作辊振动测试分析的手段计算出在实际轧制工况下的上一机架出口板带厚度波动值，并以该值用于下一机架前馈AGC的计算。通过本发明提供的这种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，可以获得轧机工作辊振动工况下机架间板带厚度波动的数值，并将其利用至前馈AGC控制过程中，该发明可以极大消除在轧机振动情况下板带厚度波动对成品板带厚度偏差的影响，保证了板带的成品质量，不需要增加设备投入，对于提高整卷带钢长度方向上的成品厚度精度与保证轧制稳定性具有积极意义。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，其特征在于，包括：
通过在轧机工作辊轴承座布置的加速度传感器获得轧制过程中轧机工作辊的原始振动加速度信号；
将所述轧机工作辊的原始振动加速度信号进行降噪处理，得到轧机工作辊降噪后的振动加速度信号；
对所述降噪后的振动加速度信号进行数值积分，获得轧机工作辊振动位移信号；
根据轧机工作辊振动位移信号与轧机出口板带厚度的关系，获得轧机出口板带厚度波动数据，包括：根据轧机弹跳方程获得在轧制过程中的轧机出口板带厚度值，轧机出口板带厚度值的计算公式为：
h＝Sp+s(t)；
其中：h表示轧制过程中轧机出口板带厚度值，Sp表示轧机有载辊缝值，s(t)表示轧机工作辊的振动位移；
轧机有载辊缝的计算公式为：
其中，S′表示轧机的空载辊缝，P表示轧机的预设轧制力，C′表示轧机机座总刚度；
通过轧机出口板带预设值与实际轧制工况中的板带厚度值，获得实际轧制过程中的板带厚度波动量，其计算公式为：
Δh＝h0-h；
其中，Δh为实际轧制工况下板带厚度波动量，h0为轧机出口板带厚度预设值，h为实际轧制工况下的板带厚度值；
根据上一机架的所述轧机出口板带厚度波动数据计算下一机架的辊缝调节量，并由轧机压下控制系统根据计算的辊缝调节量实施辊缝调节，从而实现厚度控制，包括：
根据轧机实际轧机工况的板带厚度波动量，计算辊缝调节量，辊缝调节量的计算公式为：
ΔS＝Δh·Q/C′；
其中，ΔS表示辊缝调节量，Δh表示板带厚度波动值，Q表示板带塑性系数，C′表示轧机机座总刚度；
根据连轧机组轧机辊缝间距离与板带运动速度计算轧机控制系统执行辊缝调节时滞量，辊缝调节时滞量计算公式为：
Δt＝L/V；
其中，Δt为轧机执行辊缝调节的时滞量，L为连轧机组轧机辊缝间距离，V为机架间板带运动速度；
延时Δt后轧机压下系统实施辊缝调节。
2.根据权利要求1中所述的基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，其特征在于，获得轧制过程中轧机工作辊的原始振动加速度信号包括：
在轧制过程开始前，将带有磁座的加速度传感器安装到轧机工作辊垂直方向，轧制过程开始后所述加速度传感器采集轧机工作辊原始垂向振动加速度信号。
3.根据权利要求1中所述的基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，其特征在于，所述加速度传感器为ICP单轴加速度传感器，灵敏度为250。
4.根据权利要求1中所述的基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，其特征在于，将所述轧机工作辊的原始振动加速度信号进行降噪处理，得到轧机工作辊降噪后的振动加速度信号，包括：
通过小波分析方法将轧机工作辊振动加速度信号进行降噪处理。
5.根据权利要求4中所述的基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，其特征在于，通过小波分析方法将轧机工作辊振动加速度信号进行降噪处理，包括：
对所述轧机工作辊的原始振动加速度信号进行小波变换，选择一个小波基并确定一个小波分解的层次N，对信号进行N层小波小波分解；
对高频部分的小波系数进行阈值处理，保留一个阈值，所述小波系数大于所述阈值，则由轧机工作辊振动加速度信号控制，所述小波系数小于所述阈值，则由噪声控制，保留低频的小波系数并对第1到第N层的每一层高频系数采用硬阈值方法进行降噪处理；
进行逆变换，重构真实轧机工作辊振动加速度信号，将小波分解所得的低频系数和经过阈值降噪处理后的第1层到第N层的高频系数做逆小波变换进行重构，得到降噪后的真实轧机工作辊振动加速度信号。
6.根据权利要求1中所述的基于工作辊振动测试分析的热连轧机前馈厚度控制方法，其特征在于，对所述降噪后的振动加速度信号进行数值积分，获得轧机工作辊振动位移信号，包括：
采用梯形积分法则对所述降噪后的轧机工作辊振动加速度信号进行一次积分处理，获得轧机工作辊振动速度信号；
对所述轧机工作辊振动速度信号进行一次积分处理，获得轧机工作辊振动位移信号。
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