DE19602123C1 - Suppression filter for periodic interference in rolling mill - Google Patents

Suppression filter for periodic interference in rolling mill

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Abstract

The filter is used for suppressing periodic interference with a frequency which is a whole multiple of the roller rotation frequency in the signal representing the roller force. The filter output signal obtained from the filter input values at 3 spaced points. Pref. the filter output value is provided by an analytical or linear time function in terms of the filter input values provided by force sensors used for thickness regulation of the rolled product.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filter zum Unterdrücken periodi­ scher Störsignale bei der Bestimmung der Walzkraft in einem Walzgerüst.The invention relates to a filter for periodic suppression shear interference signals when determining the rolling force in one Mill stand.

Bei der Bestimmung der Walzkraft in einer Walzstraße ist das Nutzsignal haufig mit Störungen überlagert. Diese Störungen resultieren z. B. aus unrund bzw. exzentrisch geschliffenen Walzen, vor allem der Stützwalzen, sowie aus der Konstruktion der Stützwalzenlager, z. B. der Paßfedern für die innere Gleitlagerschale. Bei der automatischen Dickenregelung des Walzgutes unter Verwendung von Walzkraftsignalen gehen oben­ genannte Störungen systembedingt mit umgekehrtem Regelsinn in die Regelung ein und werden mit den aus dynamischen Gründen notwendigen hohen Kreisverstärkungen normalerweise noch ver­ stärkt. Es ist bekannt, aufwendige Nachbildungsverfahren, wie z. B. Beobachter, Tiefpaßfilter oder Totbandfilter mit und ohne automatische Nachführung der Totbandbreite mit verschie­ denen Nachführalgorithmen einzusetzen, um die Störsignale herauszufiltern. Diese Filter haben sich jedoch als unzurei­ chend erwiesen. Die Hauptnachteile des bisher verwendeten Verfahrens sind zum einen ein übermäßiger Schleppfehler, der mit zunehmender Filterwirkung ansteigt und zum anderen die fehlende Unempfindlichkeit gegen Schwankungen in der Amplitu­ de der Störung, wie sie sich beispielsweise aufgrund von Schwebungen ergibt. Schleppfehler führen dazu, daß Verände­ rungen des Walzkraftniveaus verspätet an die Regelung gegeben werden und somit zuerst zu wenig und dann zu viel korrigiert wird. Da bei der Regelung mit mechanischen Anstellungen die volle Dynamik des Stellgliedes benötigt wird, bedeutet jede weitere Verzögerung eine erhebliche Beeinträchtigung der Qua­ lität des Walzgutes. Ein weiterer Nachteil der bekannten Fil­ ter ist, daß sie es nicht zulassen, die dämpfungsbestimmenden Filterparameter in Abhängigkeit der Störamplitude einzustel­ len. Da sich die Störamplitude während des Bandlaufs ändert, z. B. durch Schwebung, ist die Filterwirkung entweder zu ge­ ring, d. h. Störungen werden nicht ausreichend kompensiert, oder die Filterwirkung zu groß, d. h. auch Nutzinformationen werden unterdrückt.That is when determining the rolling force in a rolling mill Useful signal often overlaid with interference. These disorders result z. B. out of round or eccentrically ground Rolls, especially the backup rolls, as well as from construction the backup roller bearing, e.g. B. the parallel keys for the inner Plain bearing shell. With the automatic thickness control of the Rolled stock using rolling force signals go up mentioned disturbances due to the system with reversed control sense in the scheme and be with for dynamic reasons necessary high loop gains usually still ver strengthens. It is known to use complex replication processes, such as e.g. B. observer, low pass filter or dead band filter with and without automatic tracking of the dead bandwidth with various which use tracking algorithms to reduce the interference signals filter out. However, these filters have proven to be inadequate proven. The main disadvantages of the previously used On the one hand, procedures are an excessive following error that increases with increasing filter effect and secondly the lack of insensitivity to fluctuations in the amplitude de the disorder, such as that caused by Beats results. Tracking errors cause changes changes in the rolling force level given to the control system late are corrected first and then too little and then too much becomes. Since the control with mechanical adjustments full dynamics of the actuator is required, each means further delay a significant impairment of the qua lity of the rolling stock. Another disadvantage of the well-known fil ter is that they do not allow the damping determining Set filter parameters depending on the interference amplitude len. Since the interference amplitude changes during the tape run,  e.g. B. by beat, the filter effect is either too ge ring, d. H. Disruptions are not adequately compensated or the filter effect is too large, d. H. also useful information are suppressed.

Aus der JP 54-61059 ist es bekannt, digitale Filter zum Fil­ tern von Walzenexzentrizitäten zu verwenden. Aus der DE-OS 27 06 449 ist es ferner bekannt, die Walzkraft mittels Fourier-Reihenanalyse zu analysieren, um Walzenexzentrizitä­ ten zu erfassen. Dieses Verfahren ist jedoch sehr aufwendig. Ferner sind aus PROAKIS, John G.; MANOLAKIS, Dimitris G.: In­ troduction to Digital Signal Processing; New York, Macmillan Publishing Company, 1988, Seiten 365 bis 372 Kerb- und Kamm­ filter bekannt. Diese Filter sind jedoch ebenfalls sehr auf­ wendig.From JP 54-61059 it is known to use digital filters for fil ters of roller eccentricities. From the DE-OS 27 06 449 it is also known to use the rolling force Fourier series analysis to analyze roll eccentricity to capture. However, this process is very complex. Furthermore, from PROAKIS, John G .; MANOLAKIS, Dimitris G .: In troduction to digital signal processing; New York, Macmillan Publishing Company, 1988, pages 365 to 372 notch and comb filter known. However, these filters are also very open agile.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filter anzugeben, mit dem die obengenannten Nachteile umgangen werden können. Dabei ist es wünschenswert, daß das Filter einfach ist und auf einem Automatisierungssystem mit begrenzter Rechenleistung imple­ mentiert werden kann.The object of the invention is to provide a filter with which the above disadvantages can be avoided. It is it is desirable that the filter be simple and on one Automation system with limited computing power imple can be mented.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Filter zum Unter­ drücken periodischer Störsignale einer der Walzendrehzahl entsprechenden Frequenz fs bzw. ganzzahliger vielfacher von fs bei der Bestimmung der Walzkraft in einem Walzgerüst ge­ löst, wobei die von der Zeit t abhängige Ausgangsgröße des Filters (2), d. h. die gefilterte Walzkraft, unter Verwendung von zumindest drei zu verschiedenen Zeitpunkten t-τj gemesse­ nen Werten der Walzkraft, die die Eingangsgrößen des Filters darstellen, ermittelt wird, wobei τj eine endliche, der j-ten Eingangsgröße des Filters zugeordnete Verzögerungszeit ist, die auch τj = 0 einschließen kann. Dieses Filter ist beson­ ders geeignet, die Nachteile, die die bisher zum Einsatz ge­ kommenen Filter haben, zu umgehen. So zeichnet sich dieses Filter z. B. dadurch aus, daß die Phasen- und Amplitudenver­ zerrungen der Nutzinformation besonders gering sind sowie daß keine Einstellpunkte vorhanden sind.According to the invention, the object is achieved by a filter for suppressing periodic interference signals of a frequency f s corresponding to the roller speed or an integer multiple of f s when determining the rolling force in a rolling stand, the output variable of the filter ( 2 ) depending on the time t , ie the filtered rolling force, is determined using at least three values of the rolling force measured at different times t-τ j , which represent the input variables of the filter, where τ j is a finite delay time assigned to the jth input variable of the filter , which can also include τ j = 0. This filter is particularly suitable to circumvent the disadvantages that the filters used to date have had. So this filter distinguishes z. B. characterized in that the phase and amplitude distortions of the useful information are particularly low and that no set points are available.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Filters wird die von der Zeit abhängige Ausgangsgröße des Filters (2) Fa(t) aus einer FunktionIn an advantageous embodiment of the filter according to the invention, the time-dependent output variable of the filter ( 2 ) F a (t) becomes a function

der gemessenen Walzkraft Fe(t) gebildet, wobei n eine natürliche Zahl ist.of the measured rolling force F e (t), where n is a natural number.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Filters wird die von der Zeit abhängige Ausgangsgröße des Filters (2) Fa(t) aus einer FunktionIn a further advantageous embodiment of the filter according to the invention, the time-dependent output variable of the filter ( 2 ) F a (t) becomes a function

der gemessenen Walzkraft Fe(t) gebildet. Dieses Filter ist besonders geeignet, die Grund­ schwingung des periodischen Störsignals zu kompensieren. Es stellt ein besonders einfaches Bild dar, mit dem in vielen Fällen eine ausreichende Kompensation der periodischen Stör­ signale erzielt werden kann. Dies gilt insbesondere für die Fälle, in denen der Störanteil der harmonischen von fs tole­ rierbar ist.the measured rolling force F e (t). This filter is particularly suitable to compensate for the fundamental vibration of the periodic interference signal. It represents a particularly simple picture with which sufficient compensation of the periodic interference signals can be achieved in many cases. This applies in particular to the cases in which the interference component of the harmonic can be reduced by s .

Weitere und erfinderische Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, anhand der Zeichnungen und in Verbindung mit den Unteransprüchen.Further and inventive details emerge from the following description of exemplary embodiments, based on of the drawings and in connection with the subclaims.

Im einzelnen zeigen:In detail show:

Fig. 1 einen Regelkreis zur Regelung der Walzkraft in einem Walzgerüst unter Einsatz des erfindungsgemäßen Fil­ ters, Fig. 1 is a control circuit for controlling the rolling force in a rolling mill using the Fil invention ters,

Fig. 2 die Implementierung einer Regelung für ein Walzgerüst Fig. 2 shows the implementation of a control system for a roll stand

Fig. 1 zeigt einen Regelkreis zur Regelung der Austrittsdicke des Walzgutes an einem Walzgerüst 3 unter Einsatz des erfin­ dungsgemäßen Filters 1. Dabei wird für die Regelung der Aus­ trittsdicke des Walzgutes an dem Walzgerüst aus den Schwan­ kungen der Walzkraft die Abweichung vom Arbeitspunkt ermit­ telt und damit die Dicke korrigiert. Die Walzkraft des Walz­ gerüstes 3 wird gemessen und dem Filter 1 als Eingangsgröße Fe(t) zugeführt. Ausgangsgröße des Filters ist die gefilterte Walzkraft Fa(t), die der eigentlichen Regelung 2 des Walzge­ rüstes 3 zugeführt wird. Ein weiteres Einsatzgebiet des er­ findungsgemäßen Filters ist eine Walzkraftregelung. Dabei wird ebenfalls die Walzkraft des Walzgerüsts gemessen und dem Filter als Eingangsgröße zugeführt. Ausgangsgröße des Filters ist wiederum die gefilterte Walzkraft, die einer Walzkraftre­ gelung für das Walzgerüst zugeführt wird. Fig. 1 shows a control loop for controlling the exit thickness of the rolling stock on a roll stand 3 using the filter 1 according to the invention. The deviation from the working point is determined for the control of the tread thickness from the rolling stock on the roll stand from the fluctuations in the rolling force and the thickness is thus corrected. The rolling force of the rolling stand 3 is measured and fed to the filter 1 as an input variable F e (t). The output variable of the filter is the filtered rolling force F a (t), which is fed to the actual regulation 2 of the rolling mill stand 3 . Another area of application of the filter according to the invention is rolling force control. The rolling force of the roll stand is also measured and fed to the filter as an input variable. The output variable of the filter is in turn the filtered rolling force, which is fed to a rolling force control for the roll stand.

Fig. 2 zeigt die Implementierung einer Regelung für ein Walz­ gerüst 5. Das Walzgerüst 5 wird mit einer speicherprogram­ mierbaren Steuerung 4 gesteuert und geregelt, wobei das Walz­ gerüst 5 und die speicherprogrammierbare Steuerung 4 über ei­ ne Datenleitung 6 miteinander verbunden sind. Die Datenlei­ tung 6 kann sowohl eine mehradrige Punkt-Punkt-Verbindung, als auch ein Bussystem sein. Über die Datenleitung 6 werden die Meßgrößen des Walzgerüstes 5, z. B. die Walzkraft, an die speicherprogrammierbare Steuerung sowie die Stellgrößen, die in der speicherprogrammierbare Steuerung 4 ermittelt werden, an das Walzgerüst 5 übertragen. In der speicherprogrammierba­ ren Steuerung 4 sind das erfindungsgemäße Filter als auch die Regelung des Walzgerüstes 5 implementiert. Fig. 2 shows the implementation of a control system for a rolling stand 5 . The rolling stand 5 is controlled and regulated with a programmable logic controller 4 , the rolling stand 5 and the programmable logic controller 4 being connected to one another via a data line 6 . The data line 6 can be both a multi-core point-point connection, as well as a bus system. The measured variables are the rolling stand 5, z via the data line. 6 B. the rolling force to the programmable logic controller and the manipulated variables which are determined in the programmable logic controller 4 , transmitted to the roll stand 5 . The filter according to the invention and the regulation of the roll stand 5 are implemented in the memory programmable controller 4 .

Claims (12)

1. Filter zum Unterdrücken periodischer Störsignale einer der Walzendrehzahl entsprechenden Frequenz fs bzw. geradzahliger vielfacher von fs bei der Bestimmung der Walzkraft in einem Walzgerüst, wobei die von der Zeit t abhängige Ausgangsgröße des Filters (2), d. h. die gefilterte Walzkraft, unter Ver­ wendung von zumindest drei zu verschiedenen Zeitpunkten t-τj gemessenen Werten der Walzkraft, die die Eingangsgrößen des Filters darstellen, ermittelt wird, wobei τj eine endliche, der j-ten Eingangsgröße des Filters zugeordnete Verzöge­ rungszeit ist, die auch τj = 0 einschließen kann.1. Filter for suppressing periodic interference signals of a frequency f s corresponding to the roller speed or an even multiple of f s when determining the rolling force in a roll stand, the output variable of the filter ( 2 ), ie the filtered rolling force, depending on the time t The use of at least three values of the rolling force, which represent the input variables of the filter, measured at different times t-τ j , is determined, where τ j is a finite delay time associated with the jth input variable of the filter, which also τ j = Can include 0. 2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß τj-τj+1 für alle Eingangsgrößen gleich ist.2. Filter according to claim 1, characterized in that τ j -τ j + 1 is the same for all input variables. 3. Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 1/fs ein ganzzahliges Vielfaches von τj-τj+1 ist.3. Filter according to claim 1 or 2, characterized in that 1 / f s is an integer multiple of τ j -τ j + 1 . 4. Filter nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Zeit t abhängige Ausgangsgröße des Filters (2) Fa(t), aus einer Funktion der gemessenen Walzkraft Fe(t) mit i = βn, βn+1, βn+2, βn+3, . . . n·αn gebildet wird, wobei n und βn natürliche Zahlen einschließlich null sind und αn eine natürliche Zahl ohne null ist und wobei giltβn n·αn.4. Filter according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the output quantity of the filter ( 2 ) F a (t), which is a function of time t, consists of a function the measured rolling force F e (t) with i = β n , β n +1, β n +2, β n +3,. . . n · α n is formed, where n and β n are natural numbers including zero and α n is a natural number without zero and where β n n · α n applies. 5. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß fea () eine analytische Funktion ist.5. Filter according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that f ea () is an analytical function. 6. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß fea() eine lineare Funktion ist.6. Filter according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that f ea () is a linear function. 7. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß βn = 0 ist.7. Filter according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that β n = 0. 8. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Zeit t abhängige Ausgangsgröße des Filters (2) Fa(t) aus einer Funktion der gemessenen Walzkraft Fe(t) gebildet wird, wobei n eine natürliche Zahl ist.8. Filter according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the output variable of the filter ( 2 ) dependent on the time t (F ) (t) from a function of the measured rolling force F e (t) is formed, where n is a natural number. 9. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Zeit abhängige Ausgangsgröße des Filters (2) Fa(t) aus einer Funktion der gemessenen Walzkraft Fe(t) gebildet wird.9. Filter according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the time-dependent output variable of the filter ( 2 ) F a (t) from a function the measured rolling force Fe (t) is formed. 10. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsgrößen Fe(t) des Filters (2) Meßwerte von Sensoren sind, wie sie üblicherweise für die Dickenregelung des Walzgutes oder die Walzkraftregelung eines Walzgerüstes (3) oder einer Walzstraße verwendet werden.10. Filter according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the input variables F e (t) of the filter ( 2 ) are measured values from sensors, as are customary for the thickness control of the rolling stock or the rolling force control of a roll stand ( 3 ) or a rolling mill can be used. 11. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Algorithmen zu seiner Implementierung auf einem, vor­ zugsweise prozeßnahen, Automatisierungssystem, z. B. einer speicherprogrammierbaren Steuerung (4), einen Industrie-PC oder einem VME-Bussystem ablaufen.11. Filter according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the algorithms for its implementation on a, preferably process-related, automation system, for. B. a programmable logic controller ( 4 ), an industrial PC or a VME bus system. 12. Filter nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Algorithmen zu seiner Implementierung auf einen Mikrorechner, z. B. einen Mikrokontroller, ablaufen.12. Filter according to one or more of claims 1 to 10, characterized, that the algorithms to implement it on a Microcomputer, e.g. B. run a microcontroller.
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