EP1181992A2 - Mehrgrössen-Planheitsregelungssystem - Google Patents

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EP1181992A2
EP1181992A2 EP01119908A EP01119908A EP1181992A2 EP 1181992 A2 EP1181992 A2 EP 1181992A2 EP 01119908 A EP01119908 A EP 01119908A EP 01119908 A EP01119908 A EP 01119908A EP 1181992 A2 EP1181992 A2 EP 1181992A2
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EP
European Patent Office
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flatness
control
account
measuring
strip
Prior art date
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Jelali Mohieddine
Müller Ullrich
Thiemann Gerd
Wolff Andreas
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BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
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BFI VDEH Institut fuer Angewandte Forschung GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65—CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65H—HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2557/00—Means for control not provided for in groups B65H2551/00 - B65H2555/00
    • B65H2557/20—Calculating means; Controlling methods
    • B65H2557/264—Calculating means; Controlling methods with key characteristics based on closed loop control
    • B65H2557/2644—Calculating means; Controlling methods with key characteristics based on closed loop control characterised by PID control

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring and / or regulating the Flatness of strips during rolling and takes the priority of the German patent application 100 41 181.9 in claim to the content Reference is made.
  • One-sided edge waves on the left or right side of the band are described by the coefficients a 1 and a 3 .
  • the coefficients a 2 and a 4 describe either symmetrical center waves or symmetrical edge waves on the left and right side of the band.
  • the coefficients a 1 and a 3 or a 2 and a 4 thus contain common information components.
  • the manipulated variables of the work roll bend are usually used to regulate components a 2 and a 4 and the hydraulic adjustments on the operator and drive side (swiveling) to eliminate the error components a 1 and a 3 .
  • the coefficients a 1 and a 3 are used for the swiveling and the coefficients a 2 and a 4 are used as the control variable for the bending.
  • the axial displacement of the work rolls is used primarily for presetting the roll gap contour and only occasionally within of the control loop in combination with the bend to correct the Quarter wave.
  • the selective multi-zone cooling of the Work rolls allow the correction of higher order flatness errors.
  • Such a regulation is, for example, from the German one Patent application DE 197 58 466 A1 known.
  • each one is specified by a setup calculation Setting the rolling force and the bending force calculates the manipulated variables.
  • Known PI controllers are used as controllers, but they do Cannot take into account dead times of the route explicitly. Hence must a weak setting of the controller gains, especially the I component, be made to control loop instabilities avoid.
  • This control system can meet the increasing quality requirements not do justice to the flatness, since the flatness control only after reached their target curve for a relatively long time. This has the consequence that a large length of tape must first be accepted, the Flatness is out of tolerance. Often, however, the target curve not at all, but only approximated, so that large marginal or Center waves can arise.
  • the components a 0 , a 1 , a 2 , a 3 and a 4 influence one another and the dead times are not taken into account, ie are not compensated for.
  • the actuator characteristics (influencing functions) are only calculated once per band and assumed to be constant, since iterative model equations are used for the calculation.
  • measurement values become predetermined sampling times supplied.
  • time-discrete Controllers for example PI controllers
  • the Sampling time is constant. If the sampling time is not kept constant, it deteriorates the control result or the control loop even becomes unstable.
  • the invention is therefore based on the object of a method to provide that the measuring and / or regulating the flatness of a Reliably enables strip during rolling. Furthermore, a device be provided for performing this method.
  • the invention is based on the idea of flatness control according to the state of the art through an orthogonal model-based Multi-size flatness control system with detection of flatness and to improve their decomposition into orthogonal components.
  • Prefers the multivariate flatness control system has a determination of Control variables by means of dynamic online optimization taking into account of manipulated variable restrictions on and a prediction of the Control variables (flatness values) based on dynamic optimization is included.
  • the prediction of the controlled variables goes beyond the dead time out.
  • the model-based predictive approach uses a prediction of the controlled variables from the first sampling step after the dead time to used for a prediction horizon. This will make everyone Optimal manipulated variables are calculated at the time, even if the time constants the individual actuators are very different. This information also advantageously go into dynamic optimization on.
  • the components can advantageously be compared with values, which provides an online-capable model of the plant.
  • the resulting one Difference can serve as a control variable and then with that in independent Components broken down flatness curve are compared.
  • the resulting system deviation can be optimally decoupled be fed to a multivariable controller.
  • the dead time is taken into account by the Internal Model Control (IMC) approach can be. This can shorten the settling time and the belt length can be reduced, which is outside the tolerance range.
  • IMC Internal Model Control
  • the method according to the invention further enables consideration the change in rolling force, thermal crowning and the incoming strip properties at each time step by a Feedforward control.
  • the method and the associated system flatness measuring systems with time-variant sampling time through an IMC (Internal Model Control) approach with a Event generator and event-triggered sample and hold elements.
  • IMC Internal Model Control
  • the components can advantageously be dismantled using orthogonal ones Polynomials, for example with the help of Chebyshew polynomials or Gram polynomials are carried out as described in W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery: Numerical Recipies in C, Cambridge University Press (1992) or A. Ralston, P. Rabinowitz: A first course in numerical analysis, International series in pure applied mathematics, McGraw-Hill (1978).
  • the flatness of the leaking sheet can be done by bending, swiveling and axial displacement of the rolls as well as by selective multi-zone cooling to be influenced.
  • the individual manipulated variables can be used with the help a multivariable controller from the control difference described above be determined.
  • the influence of the rolling force, the incoming Band properties and the thermal crowning by a Feedforward control can be compensated.
  • the flatness deviation is measured using a measuring system determined and then in orthogonal (independent) components disassembled.
  • the components are compared with values that a online-capable model of the plant delivers.
  • the resulting difference is called Controlled variable used.
  • This is then independent with the Components decomposed target flatness curve compared and the resulting Control difference is a multi-size controller, consisting of an online-capable Model and dynamic optimization with the inclusion of Manipulated variable restrictions and predicted controlled variable curve, fed.
  • variable Sampling time is an event-triggered sampling system with one with two Sample hold elements cooperating event generator provided.
  • the flatness of the leaking sheet is made by bending, swiveling and Axial displacement of the rollers and through selective multi-zone cooling affected.
  • the individual manipulated variables are controlled using a multivariable controller determined from the control difference described above.
  • the Influence of the rolling force, the incoming strip properties and the thermal Bombing compensated by a feedforward control.
  • FIG. 4b The course of the manipulated variables in FIG. 4b shows that the Multi-size flatness system according to the invention first of all bending or Swiveling appeals and then the slow cone rollers follows up to correct the flatness errors and thus at any time optimal control variables determined.
  • the current concept creates it doesn't address the tapered rollers at the necessary speed and thus correct the flatness error.

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Abstract

Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit beim Walzen, bei dem die Planheitsfehler in unabhängige Komponenten zerlegt werden. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit von Bändern beim Walzen und nimmt die Priorität der deutschen Patentanmeldung 100 41 181.9 in Anspruch, auf die inhaltlich Bezug genommen wird.
Beim Walzen von Bändern stellt es ein besonderes Problem dar, eine optimale Planheit und Form des Bandes zu erhalten. Dazu ist es vorteilhaft, daß das Vorband bereits weitgehend das vorgesehene Bandprofil besitzt und zentrisch in die Fertigstraße einläuft. Des weiteren sollten die Stichabnahmen in den einzelnen Gerüsten so erfolgen, daß in allen Gerüsten eine jeweils gleichmäßige Bandlängung über die gesamte Bandbreite erhalten wird. Darüber hinaus wird eine Verringerung der Bandlänge (im Fertigprodukt) angestrebt, deren Planheit außerhalb der Toleranz liegt. Dies gilt insbesondere für den Bandkopf und Bandfuß.
Dazu ist es bekannt, die Längenverteilung des gewalzten Blechs mittels eines Planheitsmeßsystems zu ermitteln (siehe Figur 1). Die verschiedenen Arten von Fehlern - z.B. Mittenwellen, Randwellen, Viertelwellen oder Unplanheiten höherer Ordnung- werden durch eine mathematische Analyse der gemessenen Längenverteilung bestimmt, um gezielt die geeigneten Stellglieder zur Fehlerkorrektur einzusetzen.
Die Darstellung der Längenverteilung erfolgt mit Hilfe eines üblichen Polynoms: p(x) = a 0 + a 1 x + a 2 x 2 + a 3 x 3 + a 4 x 4
Dabei werden durch die Koeffizenten a 1 und a 3 einseitige Randwellen an der linken oder rechten Seite des Bandes beschrieben. Die Koeffizienten a 2 und a 4 beschreiben entweder symmetrische Mittenwellen oder symmetrische Randwellen an der linken und rechten Seite des Bandes. Die Koeffizenten a 1 und a 3 bzw. a 2 und a 4 enthalten somit gemeinsame Informationskomponenten.
Bisher werden zumindest in den meisten praktischen Realisierungen zur Planheitsregelung primär die Koeffizienten (nachfolgend auch Komponenten genannt) a 1 und a 2 benutzt.
Für das Regeln der Planheit an der Fertigstaffel werden meist die Stell-größen der Arbeitswalzenbiegung zur Ausregelung der Komponenten a 2 und a 4 sowie die hydraulischen Anstellungen an der Bediener- und Antriebsseite (Schwenken) zur Beseitigung der Fehlerkomponenten a 1 und a 3 genutzt. Zum Zwecke der Regelung werden also für das Schwenken die Koeffienzten a 1 und a 3 und für das Biegen die Koeffiezenten a 2 und a 4 als Regelgröße verwendet.
Bei einigen Walzgerüsten dient die Axialverschiebung der Arbeitswalzen vorrangig zur Voreinstellung der Walzspaltkontur und nur fallweise innerhalb des Regelkreises in Kombination mit der Biegung zur Korrektur der Viertelwellen. Schließlich kann die selektive Mehrzonenkühlung der Arbeitswalzen die Korrektur der Planheitsfehler höherer Ordnung ermöglichen. Eine derartige Regelung ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 197 58 466 A1 bekannt.
Dabei werden jeweils um eine durch eine Setup-Berechung vorgegebene Einstellung der Walzkraft und der Biegekraft die Stellgrößen berechnet. Als Regler kommen bekannte PI-Regler zum Einsatz, die allerdings die Totzeiten der Strecke nicht explizit berücksichtigen können. Folglich muß eine schwache Einstellung der Reglerverstärkungen, insbesondere des I-Anteils, vorgenommen werden, um Instabilitäten des Regelkreises zu vermeiden.
Dieses Regelungssystem kann den steigenden Qualitätsanforderungen an die Planheit nicht gerecht werden, da die Planheitsregelung erst nach relativ großer Zeit ihre Sollkurve erreicht. Das hat zur Folge, daß zunächst eine große Bandlänge in Kauf genommen werden muß, deren Planheit außerhalb der Toleranz liegt. Oftmals wird jedoch die Sollkurve gar nicht, sondern nur in Annäherung erreicht, so daß große Rand- bzw. Mittenwellen entstehen können.
Des weiteren ist es nachteilig, daß sich die Kompenten a 0, a 1, a 2, a 3 und a 4 gegenseitig beeinflussen und die Totzeiten nicht berücksichtigt, d.h. nicht kompensiert werden. Darüber hinaus werden die Stellglieder-Charakteristika (Einflußfunktionen) nur einmal pro Band berechnet und konstant angenommen, da zur Berechnung iterative Modellgleichungen verwendet werden.
Ausgehend von der zuvor beschriebenen klassischen Planheitsregelung wurden bereits Erweiterungen des klassischen Regelungskonzeptes vorgeschlagen, um die bestehenden Nachteile teilweise zu beheben.
Eine Zerlegung der gemessenen Planheit in Richtung von Einflußfunktionen, die nicht orthogonal zu einander stehen, wird in Schneider, A.; Kern, P.; Steffens, M.: Model Supported Profile and Flatness Control Systems, Proc. of 49° Congresso Internaciona de Tecnologia Metalurgica e de Materials - International Conference, 9-14 October 1994, S±o Paulo, Vol. 6, p. 49/60 und McDonald, I. R.; Mason, J. D.: Advances in flatness control technology, Proc. of the Conf. on the Control of Profile and Flatness, 25-27 March 1996, The Institute of Materials, Birmingham, p. 161/70 beschrieben. Hierdurch können verbesserte Resultate erreicht werden, aber bei redundanten und sehr ähnlichen Stellgrößen treten aufgrund der schlechten Konditionierung des Systems (schlecht invertierbare Systeme) sehr große Stellgrößen auf. Eine sehr starke Beanspruchung kann hieraus resultieren.
In Grimble, M.J.; Fotakis, J.: The Design of Strip shape Control Systems for Sendzimir Mills, IEEE Trans. on Automatic Control 27 (1982) no. 3, p. 656/666 und Ringwood, J. V.: Shape Control Systems for Sendzimir Steel Mills, IEEE Trans. on Control Systems Tegnology 8 (2000) no. 1, p. 70/86 wird eine Planheitsregelung für Sendzimiergerüste mit einer orthogonalen Zerlegung der Planheitswerte in Chebyshev-Polynome vorgeschlagen, um die Planheitsregelung zu verbessern, dabei werden aber Totzeitkompensation und Stellgrößenbeschränkungen nicht berücksichtigt. Die Stellgrößen werden dabei mittels eines Mehrgrößenreglers bestimmt. Der Mehrgrößenregler ist nicht für eine on-line fähige dynamische Optimierung ausgelegt.
Eine Planheitsregelung mittels Beobachter und klassischem Zustandsregler wird in Hoshino, I.; Kimura, H.: Observer-based multivariable control of rolling mills, Preprints of the IFAC Workshop on Automation in Mining, Mineral and Metal Processing, 1-3 September 1998, Cologne, p. 251/256 vorgestellt. Eine Erweiterung auf nichtlineare Modelle und dynamische Optimierung ist in Pu, H.: Nern, H.-J.; Roemer, R.; Nour Eldin, H. A.; Kern, P.; Jelali, M.: State-observer design and verification towards developing an integrated flatness-thickness control system for the 20 roll sendzimir cluster mill, Proc. Intern. Conf. on Steel Rolling (Steel Rolling '98), 9-11 November 1998, The Iron and Steel Institute of Japan, Chiba, p. 124/29 und Pu, H.; Nern, H.-J.; Nour Eldin, H. A.; Jelali, M.; Totz, O.; Kern, P.: The Hardware-in-Loop simulations and on-line tests of an integrated thickness and flatness control system for the 20 rolls sendzimir cold rolling mill, Proc. Intern. Conf. on Modelling of Metal Rolling Processes, 13-15 December 1999, London, p. 208/16 zu finden. Bei diesen Lösungen wird aber keine Zerlegung der Planheit in orthogonale Polynome vorgenommen. Die Totzeiten werden auch in diesen Ansätzen nicht kompensiert.
Eine Verbesserung der Planheitsregelung durch Kompensation der Totzeit mittels Smith-Prädikator wird in Soda, K.; Amanuma, Y.; Tsuchii, K.; Ohno, S.; N.: Improvement in Flatness Control Response for Tandem Cold Strip Mill, Proc. Intern. Conf. on Steel Rolling (Steel Rolling '98), 9-11 November 1998, The Iron and Steel Institute of Japan, Chiba, p. 760/765 beschrieben. Dabei berechnet der Prädikator die Regelunggrößen, die im ersten Abtastschritt nach Verstreichen der Totzeit auftreten und kompensiert damit die Totzeit. Die Planheit wird entlang der Einflußfunktionen zerlegt. Bei redundanten und sehr ähnlichen Stellgrößen treten aufgrund der schlechten Konditionierung des Systems (schlecht invertierbare Systeme) sehr große Stellgrößen auf. Dadurch kann die Anlage übermäßig beansprucht werden. Im Smith-Prädikator ist ein klassischer Mehrgrößenregler (PID-Regler) integriert. Es fehlt eine dynamische Optimierung mit über die Totzeit hinausgehende Prädiktion des Regelgrößenverlaufes. Hier wird eine Regelgröße vorhergesagt, die unmittelbar im ersten Abtastschritt nach der Totzeit auftritt.
In vielen herkömmlichen Planheitsmeßsystemen werden Meßwerte zu vorbestimmten Abtastzeitpunkten geliefert. Bei Verwendung von zeitdiskreten Reglern, beispielsweise PI-Reglern, wird vorausgesetzt, daß die Abtastzeit konstant ist. Wird die Abtastzeit nicht konstant gehalten, verschlechtert sich das Regelergebnis oder der Regelkreis wird sogar instabil.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, daß das Messen und/oder Regeln der Planheit eines Bandes beim Walzen zuverlässig ermöglicht. Des weiteren soll eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, eine Vorrichtung nach Anspruch 9 und ein Planheitsregelungssystem nach Anspruch 14. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Der Erfindung liegt dabei der Gedanke zugrunde, die Planheitsregelung nach dem Stand der Technik durch ein orthogonales modellgestütztes Mehrgrößen-Planheits-Regelungssystem mit Erfassung der Planheit und deren Zerlegung in orthogonale Komponenten zu verbessern. Bevorzugt weist das Mehrgrößen-Planheitsregelungssystem eine Bestimmung der Stellgrößen mittels einer dynamischen Online-Optimierung unter Berücksichtigung von Stellgrößen Beschränkungen auf und eine Prädiktion der Regelgrößen (Planheitswerte) auf, die in eine dynamische Optimierung einbezogen wird. Die Prädiktion geht der Regelgrößen geht über die Totzeit hinaus. Bei dem modellbasierten prädiktiven Ansatz wird eine Vorhersage der Regelgrößen vom ersten Abtastschritt nach der Totzeit bis zu einem Prädiktionshorizont verwendet. Hierdurch werden zu jedem Zeitpunkt optimale Stellgrößen berechnet, auch wenn die Zeitkonstanten der einzelne Stellglieder stark unterschiedlich sind. Diese Informationen gehen vorteilhafterweise in die dynamische Optimierung ebenfalls mit ein.
Vorteilhafterweise können die Komponenten mit Werten verglichen werden, die ein online-fähiges Modell der Anlage liefert. Die resultierende Differenz kann als Regelgröße dienen und anschließend mit der in unabhängige Komponenten zerlegten Sollplanheitskurve verglichen werden. Die resultierende Regeldifferenz kann über eine optimale Entkopplung einem Mehrgrößenregler zugeführt werden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es besonders vorteilhaft, daß die Totzeit durch den Internal Model Control (IMC) Ansatz berücksichtigt werden kann. Dadurch kann die Ausregelzeit verkürzt und die Bandlänge verringert werden, die außerhalb des Toleranzbereichs liegt.
Durch das Zerlegen der Planheitsmeßwerte in unabhängige Komponenten können des weiteren die jeweiligen Planheitsfehler eindeutig identifiziert werden, wodurch eine deutliche Verbesserung der Regelgüte ermöglicht wird.
Ebenso stellt es einen Vorteil dar, daß durch die orthogonale Zerlegung der Planheit die Anzahl und die Form der erforderlichen Stellgrößen bestimmbar werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht des weiteren die Berücksichtigung der Änderung der Walzkraft, der thermischen Bombierung und der einlaufenden Bandeigenschaften zu jedem Zeitschritt durch eine Störgrößenaufschaltung.
Darüber hinaus hat es den Vorteil, daß es eine explizite online-Berücksichtigung der Nichtlinearitäten der Anlage durch ein parallel zur Strecke liegendes online-fähiges Modell der Anlage ermöglicht.
Vorteilhafterweise berücksichtigt das erfindungsgemäße Verfahren und das zugehörige System Planheitsmeßsysteme mit zeitvarianter Abtastzeit durch einen IMC (Internal Model Control)-Ansatz mit einem Ereignisgenerator und ereignisgetriggerten Abtasthaltegliedern.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfaßt das erfindungsgemäße Mehrgrößen-Planheitsregelungssystem folgende Schritte:
  • Erfassung der Planheit des Bandes mit einem Meßsystem,
  • Zerlegen der Planheitsfehler (Längenverteilung) in orthogonale Komponenten,
  • einem expliziten, linearen oder nichtlinearen online-fähigen Profil- und Planheitsmodell, das alle wesentlichen am Walzprozeß beteiligten Größen (Biegen, Schwenken, Verschieben thermische Bombierung usw.) berücksichtigt;
  • einem expliziten online-fähigen Modell, das Sollwerte für die Planheitsregelung berechnet,
  • einen Mehrgrößenregler für die Regelung der Planheit des Bandes
  • einer Prädiktion der Regelgrößen (Planheitswerte), die in die dynamische Optimierung einbezogen wird, die über die Totzeit hinausgeht,
  • einer Störgrößenaufschaltung, die die Eigenschaften des einlaufenden Bandes, die Variation von Walzkraft und thermischer Bombierung berücksichtigt und
  • einem ereignisgetriggerten Abtastsystem zur Berücksichtigung von Planheitsmeßsystemen mit variabler Abtastzeit.
Das Zerlegen der Komponenten kann vorteilhafterweise mit orthogonalen Polynomen, beispielsweise mit Hilfe von Chebyshewpolynomen oder Gram-Polynomen erfolgen, wie sie in W.H. Press, S.A. Teukolsky, W.T. Vetterling, B.P. Flannery: Numerical Recipies in C, Cambridge University Press (1992) oder A. Ralston, P. Rabinowitz: A first course in numerical analysis, International series in pure applied mathematics, McGraw-Hill (1978) beschrieben sind.
Die Planheit des auslaufenden Bleches kann durch Biegen, Schwenken und Axialverschiebung der Walzen sowie durch selektive Mehrzonenkühlung beeinflußt werden. Die einzelnen Stellgrößen können mit Hilfe eines Mehrgrößenreglers aus oben beschriebener Regeldifferenz bestimmt werden. Dabei kann der Einfluß der Walzkraft, der einlaufenden Bandeigenschaften und der thermischen Bombierung durch eine Störgrößenaufschaltung kompensiert werden.
In den nachfolgenden Abbildungen zeigen:
Fig. 1
ein Schaubild einer Planheitsregelung nach dem Stand der Technik und
Fig. 2
ein Schaubild des erfindungsgemäßen Verfahrens zur modellgestützen prädiktiven Mehrgrößen-Planheitsregelung eines Bandes mit Zerlegung der gemessenen Planheit in orthgonale Komponenten, eine Störgrößenaufschaltung und einer dynamischen Optimierung unter Berücksichtigung von Beschränkungen,
Fig. 3a
Diagramm eines Regelergebnisses bei einem herkömmlichen Regelsystem,
Fig. 3b
Diagramm eines Regelergebnisses bei einem erfindungsgemäßen Regelsystem,
Fig. 4a
Stellgrößenverlaufs-Diagramme bei einem herkömmlichen Regelungssystem,
Fig. 4b
Stellgrößenverlaufs-Diagramm bei einem erfindungsgemäßen Regelungssystem.
Wie in Figur 2 dargestellt wird die Planheitsabweichung mittels eines Meßsystems bestimmt und anschließend in orthogonale (unabhängige) Komponenten zerlegt. Die Komponenten werden mit Werten verglichen, die ein online-fähiges Modell der Anlage liefert. Die resultierende Differenz wird als Regelgröße verwendet. Diese wird anschließend mit der in unabhängige Komponenten zerlegten Sollplanheitskurve verglichen und die resultierende Regeldifferenz wird einem Mehrgrößenregler, bestehend aus einem online-fähigen Modell und einer dynamischen Optimierung unter Einbeziehung von Stellgrößenbeschränkungen und vorhergesagtem Regelgrößenverlauf, zugeführt. Zur Berücksichtigung von Planheitsmeßsystemen mit variabler Abtastzeit ist ein ereignisgetriggertes Abtastsystem mit einem mit zwei Abtasthaltegliedern zusammenwirkenden Ereignisgenerator vorgesehen.
Die Planheit des auslaufenden Bleches wird durch Biegen, Schwenken und Axialverschiebung der Walzen sowie durch selektive Mehrzonenkühlung beeinflußt. Die einzelnen Stellgrößen werden mit Hilfe eines Mehrgrößenreglers aus oben beschriebener Regeldifferenz bestimmt. Dabei wird der Einfluß der Walzkraft, der einlaufenden Bandeigenschaften und der thermischen Bombierung durch eine Störgrößenaufschaltung kompensiert.
Beispielhaft sind die Vorteile des neuen Konzeptes gegenüber dem Stand der Technik anhand von Simulationen in Figuren 3a, 3b, 4a und 4b dargestellt. Dabei wird ein Modell eines Sendzimiergerüstes verwendet mit stark unterschiedlichen Zeitkonstanten in den Stellgliedern. Es wird ein Planheitsfehler durch falsches gegensinniges Verschieben der Konuswalzen angenommen. Das neue Konzept regelt den Planheitsfehler nach etwa 30 m Bandlänge aus (siehe Figur 3b), während bei dem jetzigen Konzept ein Restplanheitsfehler von 10 lUnits bleibt (siehe Figur 3a). Dieser Restfehler verschwindet erst nach etwa 300m Bandlänge. Die Ursache hierfür liegt darin, daß beim jetzigen Konzept keine dynamische Optimierung mit Berücksichtigung der über die Totzeit hinausgehenden und vorhergesagten Regelgrößen verwendet wird.
An dem Verlauf der Stellgrößen in Figur 4b kann man ersehen, daß das erfindungsgemäße Mehrgrößen-Planheitssystem zunächst das Biegen bzw. Schwenken anspricht und anschließend die langsamen Konuswalzen nachfährt, um die Planheitsfehler auszuregeln und damit zu jedem Zeitpunkt optimale Stellgrößen bestimmt. Das jetzige Konzept (siehe Figur 4a) schafft es nicht die Konuswalzen mit der notwendigen Geschwindigkeit anzusprechen und damit den Planheitsfehler auszuregeln.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit eines Bandes beim Walzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte in unabhängige Komponenten zerlegt werden.
  2. Verfahren zum Messen und/oder Regeln der Planheit eines Bandes beim Walzen umfassend folgende Schritte:
    Erfassen von Meßwerten
    Zerlegen der Meßwerte in unabhängige Komponenten und
    Regeln von Stellgrößen.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Zerlegung der Meßwerte mit Hilfe orthogonaler Polynome.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unabhängigen Komponenten mit Sollwerten aus einem Sollwert-Planheitsmodell verglichen werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Ermittlung einer Regeldifferenz zwischen Sollwerten und unabhängigen Komponenten.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Störgrößenaufschaltung.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Mehrgrößenreglers.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeldifferenz dem Mehrgrößenregler über eine Entkopplung zugeführt wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgrößen mittels einer dynamischen Optimierung unter Berücksichtigung von Beschränkungen bestimmt werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine über die Totzeit hinausgehende Prädiktion der Regelgrößen in die dynamische Optimierung einbezogen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Berücksichtigung von Meßsystemen mit zeitvarianter Abtastzeit ein IMC (Internal Mode Control)-Ansatz mit ereignisgetriggerten Abtasthaltegliedern verwendet wird.
  12. Vorrichtung zum Messen und/oder Regeln der Planheit eines Bandes, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 8, beim Walzen mit
    einem Meßsystem zum Erfassen der Planheitsabweichung (Meßwerte) und
    einer Einheit zum Zerlegen der Meßwerte in unabhängige Komponenten.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einheit zur Ermittlung einer Regeldifferenz.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 und 10, gekennzeichnet durch einen Mehrgrößenregler.
  15. Planheitsregelungssystem mit
    Erfassung der Planheit des Bandes mit einem Meßsystem,
    Zerlegen der Planheitsfehler (Längenverteilung) in orthogonale Komponenten,
    einem expliziten online-fähigen Profil- und Planheitsmodell, das alle am Walzprozeß beteiligten Größen berücksichtigt,
    einem expliziten online-fähigen Modell, das Sollwerte für die Planheitsregelung berechnet,
    einen Mehrgrößenregler für die Regelung der Planheit des Bandes,
    einer Prädiktion der Regelgrößen (Planheitswerte), die in die dynamische Optimierung einbezogen wird, die über die Totzeit hinausgeht,
    sowie einer Störgrößenaufschaltung, die die Eigenschaften des einlaufenden Bandes, die Variation von Walzkraft und thermischer Bombierung berücksichtigt.
  16. System nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Berücksichtigung von Meßsystemen mit zeitvarianter Abtastzeit durch Verwendung eines IMC (Internal Model Control)-Ansatz mit ereignisgetriggerten Abtasthaltegliedern.
EP01119908A 2000-08-18 2001-08-17 Mehrgrössen-Planheitsregelungssystem Revoked EP1181992B1 (de)

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