CN101147918A - 利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法。本发明是采用自动控制的反馈原理对前滑模型进行优化，对现有AGC控制***不进行厚度控制调节的中间机架进行控制，通过对实际厚度偏差进行采集处理，来调整目标的实际前滑值，然后利用前滑自适应方法修正前滑设定值，这样也就是间接地调整了轧辊速度，从而达到改善带钢厚度偏差的目的。本发明与现有的技术相比，其特点是实现简单，反应速度快。

Description

利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法

(一)技术领域

本发明涉及一种利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法。

(二)背景技术

在冷连轧生产过程中，冷轧轧制参数均是通过L2***利用相关的数学模型计算出来，然后在带钢进入轧机机架之前将计算好的参数传递给L1控制***。在该带钢进行轧制的时候，如果没有异常情况出现，L2设定***就不再对轧制过程进行干预。带钢的厚度精度是由L1的AGC(automatic gauge control)控制***自动修正来保证出口带钢的质量，通过预控、监控以及秒流量控制等闭环控制方法消除带钢来料或者设定模型所带来的偏差。但是，AGC***并不是对所有机架都有作用，而是根据其自身的工作特性对其中的某几个机架直接发生作用，如第一个机架、最后一个机架和最后第二个机架，其它机架则是保持其平衡状态。这样，带钢在通过没有AGC控制的机架时的厚度精度没有保证。

现有的带钢厚度控制精度的方法有：如轧辊偏心控制(专利号US4531392A，专利号US4580224A，专利号JP01162509A等)，通过模型预估计算轧辊偏心或者利用对各个机架实际负荷以及轧制力的起伏变化等来确定轧辊偏心值，从而将其按照变化周期补偿到相应的控制值上，用来保持各个机架出口带钢厚度的稳定。又如辊缝位置控制(专利号US4125004A，专利号US4244025A)，通过对带钢入口厚度和出口厚度偏差的在线测量，对辊缝位置进行预控和反馈控制，来提升整体的厚度控制精度。这些方法的特点都是让控制策略在过程控制***L1进行实施，如果不是在控制***设计之初就将该方法考虑进去的话，在后期实施相对比较困难。

利用现场实际数据在轧制模型设定***进行修正计算来改善带钢的厚度偏差的专利有：专利号JP62130710A首先根据预估的机架刚度计算辊缝位置等设定值，然后通过轧制过程中对实际负荷以及厚度数据进行采集处理来修正机架刚度，然后重新计算轧制参数并进行设定。该专利是一种提高设定模型精度的方法，而且该方法需要配合它专有的数学模型。专利公开号CN1589986是采用轧制工艺参数在线自动测量对板带轧制过程自动控制的工艺参数进行优化，其特点是根据实际参数对金属板带轧制过程中的变形抗力F和摩擦系数μ的后计算值进行精确计算，将实测的轧制力F和前滑值fs代入以变形抗力K和摩擦系数μ为未知量的二元高次非线性方程组，同时求解两个未知量的后计算值，并利用它们对变形抗力K和摩擦系数μ计算模型进行自适应学习优化，进而提高金属板带轧制力F模型的设定精度。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法，该控制方法是在不干扰冷轧AGC控制***工作状态的情况下，对于AGC***不进行厚度控制的轧机机架，通过增加冷轧前滑模型新的自适应方法来尽量消除该机架出口带钢的厚度偏差，从而保证出口处的带钢厚度精度。

本发明是这样实现的：一种利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法：

首先，通过测厚仪和测速仪对冷连轧过程中轧辊线速度和带钢厚度进行准确测量；

并假设维持带钢在一定轧制能力下的秒流量总量不变，则有：

vRoll_act ^*fslip_act ^*h_act＝vRoll_set ^*fslip_set ^*h_set    (1)

式中，vRoll为轧辊线速度，fslip为前滑，h为厚度，下标act表示实际值，下标set表示设定值，Δh表示厚度偏差；

设定速度和实际速度相等，即vRoll_act＝vRoll_set；

实际带钢厚度与设定带钢厚度之间的关系为：h_act＝h_set+Δh；

整理公式(1)可得，

${\mathrm{fslip}}_{\mathrm{act}}=\frac{{\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*h_{\mathrm{set}}}{h_{\mathrm{set}}+\mathrm{\Δh}}---\left(2\right)$

$={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}}{h_{\mathrm{act}}})$

考虑厚度偏差影响率factor，则式(2)变为：

${\mathrm{fslip}}_{\mathrm{act}}={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}*\mathrm{factor}}{h_{\mathrm{act}}})---\left(3\right)$

记，y′＝fslip_act；

同时考虑反馈环路，包括对误差考虑的比例放大系数pPara和对误差考虑的积分放大系数IPara，则式(3)变为：

$y=y^{\′}+(\mathrm{pPara}+\mathrm{IPara})*(y^{\′}-y0))$

$={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}*\mathrm{factor}}{h_{\mathrm{act}}})+(\mathrm{pPara}+\mathrm{IPara})*(y^{\′}-y0))---\left(4\right)$

式中，y为实际前滑的输出，也是算法计算的前滑输出值；

y0为上一个计算周期时刻的实际前滑输出值y；

pPara为对误差考虑的比例放大系数，其取值为0～0.2；

IPara为对误差考虑的积分放大系数，其取值为0～0.2；

factor为厚度偏差影响率，其取值为0.2～0.8；

同时三个系数之和不超过0.75；

前滑计算结果y限值为1.00～1.07；

通过式(4)计算得到实际前滑值y后输入给模型自适应***，模型自适应***输出修正后的模型系数给预设定模型，预设定模型计算出新的前滑值给控制***进行速度调节，从而修正带钢厚度偏差。

本发明是采用自动控制的反馈原理对前滑模型进行优化，对现有AGC控制***不进行厚度控制调节的中间机架进行控制。在没有AGC控制调节的机架上，控制***完全是根据预设定模型给出的参数进行控制，由于模型本身的误差、环境因素的干扰以及设备执行机构的特性等影响，过程控制***的输出必然存在着一定的误差。本发明通过对实际厚度偏差进行采集处理，来调整目标的实际前滑值，然后利用前滑自适应方法修正前滑设定值，这样也就是间接地调整了轧辊速度，从而达到改善带钢厚度偏差的目的。本发明与现有的技术相比，其特点是实现简单，反应速度快。

(四)附图说明

图1为本发明利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法的控制示意图；

图2为实施例中第2机架出口厚度偏差分布图；

图3为实施例中第3机架出口厚度偏差分布图。

(五)具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参见图1，一种利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法：

首先，通过测厚仪和测速仪对冷连轧过程中轧辊线速度和带钢厚度进行准确测量；

并假设维持带钢在一定轧制能力下的秒流量总量不变，则有：

vRoll_act*fslip_act*h_act＝vRoll_set*fslip_set*h_set    (1)

式中，vRoll为轧辊线速度，fslip为前滑，h为厚度，下标act表示实际值，下标set表示设定值，Δh表示厚度偏差。

前滑就是带钢向前滑动的值。

由于没有AGC控制环路，因此设定速度和实际速度相等，即vRoll_act＝vRoll_set；

实际带钢厚度与设定带钢厚度之间的关系为：h_act＝h_set+Δh；

整理式(1)可得，

${\mathrm{fslip}}_{\mathrm{act}}=\frac{{\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*h_{\mathrm{set}}}{h_{\mathrm{set}}+\mathrm{\Δh}}$

$={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}}{h_{\mathrm{act}}})---\left(2\right)$

考虑二个因素：即

1、厚度偏差影响率factor，则式(2)变为：

${\mathrm{fslip}}_{\mathrm{act}}={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}*\mathrm{factor}}{h_{\mathrm{act}}})---\left(3\right)$

记，y′＝fslip_act；

2、有反馈环路，即包括对误差考虑的比例放大系数pPara和对误差考虑的积分放大系数IPara，则式(3)变为：

$y=y^{\′}+(\mathrm{pPara}+\mathrm{IPara})*(y^{\′}-y0))$

$={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}*\mathrm{factor}}{h_{\mathrm{act}}})+(\mathrm{pPara}+\mathrm{IPara})*(y^{\′}-y0))---\left(4\right)$

式中，y为实际前滑的输出，也是算法计算的前滑输出值，其限值为1.00～1.07。

y0为上一个计算周期时刻的实际前滑输出值y；

pPara为对误差考虑的比例放大系数，其取值为0～0.2；

IPara为对误差考虑的积分放大系数，其取值为0～0.2；

factor为厚度偏差影响率，其取值为0.2～0.8；

同时三个系数之和不超过0.75；这些系数限值维持了计算结果的稳定。前滑计算结果y限值为1.00～1.07。

通过式(4)计算得到实际前滑值y后输入给模型自适应***，模型自适应***输出修正后的模型系数给预设定模型，预设定模型计算出新的前滑值给控制***进行速度调节，从而修正带钢厚度偏差。

从式(4)可以得到：根据带钢的厚度偏差来动态调整轧制过程需要的实际前滑值的大小，如果当前的厚度偏差为正偏差，那么通过式(4)的计算就会使实际前滑值在原有设定值的基础上下降。式(4)通过两个部分来调整实际前滑值的计算，第一部分是根据厚度偏差来计算，第二部分是根据前一次计算的结果与当前的厚度偏差计算结果相比较来计算，如果此时两者之间的偏差较大，表明前滑值的计算结果正处于动态调整中，通过一定的系数补偿能够缩短调整时间，可以使带钢的厚度偏差尽快消除。如果带钢的厚度偏差已经消除，第二部分的计算结果可以认为0，通过第一部分的计算可知：y＝fslip_set。这样在下一个计算周期的计算中，仍然会得到y＝fslip_set，此时前滑不再变化，带钢厚度偏差也不再变化，从而使得前滑自适应***处于稳态工作。

从图1可以看出，实际前滑计算后，该值作为输入传递给模型自适应***，前滑模型自适应就会根据计算好的前滑实际值来修正相关的模型系数，这样在下一次模型设定时前滑计算值就会更加贴近实际需要，每次前滑值的改变都会直接反应到控制***的速度调节上，控制***接收到新的前滑值后会自动调整速度值，从而达到消除厚度偏差的目的。

实施例

带钢入口厚度2.26mm、出口厚度0.974mm、宽度916mm。在一定的带钢厚度规格分配下计算出的带钢前滑设定值为：第2机架1.0136、第3机架为1.0216，在600m/min的速度轧制下，第2机架的实际出口厚度为1.75mm，厚度偏差为0.102mm、第3机架的实际出口厚度为1.386mm，厚度偏差为87um。

实施例一：取系数factor＝0.4、pPara＝0.1、IPara＝0.0，第一次计算的y0＝fslip_set，经计算，第2机架的前滑实际输出值为：

第一步：计算factor＝0.4时的y1，

$y1=((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.4)+1)=1.013283$

第二步：计算pPara＝0.1时的y2，

$y2=0.1*(((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.4)+1)-1.0136)=-0.000032$

第三步：计算IPara＝0.0时的y3，

y3＝0

第四步：计算实际前滑y的输出，

y＝y1+y2+y3＝1.013283-0.000032+0＝1.01325

第3机架的前滑实际输出值为：

第一步：计算factor＝0.4时的y1，

$y1=((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.4)+1)=1.021058$

第二步：计算pPara＝0.1时的y2，

$y2=0.1*(((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.4)+1)-1.0216)=-0.00005$

第三步：计算IPara＝0.0时的y3，

y3＝0

第四步：计算实际前滑y的输出，

y＝y1+y2+y3＝1.021058-0.00005+0＝1.02101

实施例二：取系数factor＝0.2、pPara＝0.05、IPara＝0.05，第一次计算的y0＝fslip_set，经计算，第2机架的前滑实际输出值为：

第一步：计算factor＝0.2时的y1，

$y1=((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.2)+1)=1.013441$

第二步：计算pPara＝0.05时的y2，

$y2=0.05*(((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.2)+1)-1.0136)=-0.000008$

第三步：计算IPara＝0.05时的y3，

$y3=0.05*(((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.2)+1)-1.0136)=-0.000008$

第四步：计算实际前滑y的输出，

y＝y1+y2+y3＝1.013441-0.000008-0.000008＝1.013425

第3机架的前滑实际输出值为：

第一步：计算factor＝0.2时的y1，

$y1=((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.2)+1)=1.021329$

第二步：计算pPara＝0.05时的y2，

$y2=0.05*(((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.2)+1)-1.0216)=-0.000014$

第三步：计算IPara＝0.05时的y3，

$y2=0.05*(((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.2)+1)-1.0216)=-0.000014$

第四步：计算实际前滑y的输出，

y＝y1+y2+y3＝1.021329-0.000014-0.000014＝1.021301

实施例三：取系数factor＝0.6、pPara＝0.05、IPara＝0.1，第一次计算的y0＝fslip_set，经计算，第2机架的前滑实际输出值为：

第一步：计算factor＝0.6时的y1，

$y1=((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.6)+1)=1.013124$

第二步：计算pPara＝0.05时的y2，

$y2=0.05*(((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.6)+1)-1.0136)=-0.000024$

第三步：计算IPara＝0.1时的y3，

$y3=0.1*(((1.0136-1)*(1-\frac{0.102}{1.75}*0.6)+1)-1.0136)=-0.000048$

第四步：计算实际前滑y的输出，

y＝y1+y2+y3＝1.013124-0.000024-0.000048＝1.01305

第3机架的前滑实际输出值为：

第一步：计算factor＝0.6时的y1，

$y1=((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.6)+1)=1.02079$

第二步：计算pPara＝0.05时的y2，

$y2=0.05*(((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.6)+1)-1.0216)=-0.000041$

第三步：计算IPara＝0.1时的y3，

$y2=0.1*(((1.0216-1)*(1-\frac{0.087}{1.386}*0.6)+1)-1.0216)=-0.000082$

第四步：计算实际前滑y的输出，

y＝y1+y2+y3＝1.02079-0.000041-0.000082＝1.02067

通过式(4)计算得到实际前滑值y后输入给模型自适应***，模型自适应***输出修正后的模型系数给预设定模型，预设定模型计算出新的前滑值给控制***进行速度调节，从而修正带钢厚度偏差。

参见图2、图3，为实施例中第2、第3机架出口厚度偏差分布图。从图上可以看出，带钢在通过没有AGC控制的这两个机架后的出口厚度偏差在逐渐减小，因此，该两机架后的厚度精度是通过前滑自适应修正后的设定值直接作用的结果。

本发明与现有的技术相比，其特点是实现简单，反应速度快。

Claims (1)

1.一种利用前滑自适应动态修正带钢厚度偏差的控制方法，其特征是：

首先，通过测厚仪和测速仪对冷连轧过程中轧辊线速度和带钢厚度进行准确测量；

并假设维持带钢在一定轧制能力下的秒流量总量不变，则有：

vRoll_act*fslip_act*h_act＝vRoll_set*fslip_set*h_set    (1)

式中，vRoll为轧辊线速度，fslip为前滑，h为厚度，下标act表示实际值，下标set表示设定值，Δh表示厚度偏差；

设定速度和实际速度相等，即vRoll_act＝vRoll_set；

实际带钢厚度与设定带钢厚度之间的关系为：h_act＝h_set+Δh；

整理公式(1)可得，

${\mathrm{fslip}}_{\mathrm{act}}=\frac{{\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*h_{\mathrm{set}}}{h_{\mathrm{set}}+\mathrm{\Δh}}$

$={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}}{h_{\mathrm{act}}})---\left(2\right)$

考虑厚度偏差影响率factor，则式(2)变为：

${\mathrm{fslip}}_{\mathrm{act}}={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}*\mathrm{factor}}{h_{\mathrm{act}}})---\left(3\right)$

记，y′＝fslip_act；

同时考虑反馈环路，包括对误差考虑的比例放大系数pPara和对误差考虑的积分放大系数IPara，则式(3)变为：

$y=y^{\′}+(\mathrm{pPara}+\mathrm{IPara})*(y^{\′}-y0))$

$={\mathrm{fslip}}_{\mathrm{set}}*(1-\frac{\mathrm{\Δh}*\mathrm{factor}}{h_{\mathrm{act}}})+(\mathrm{pPara}+\mathrm{IPara})*(y^{\′}-y0))---\left(4\right)$

式中，y为实际前滑的输出，也是算法计算的前滑输出值；

y0为上一个计算周期时刻的实际前滑输出值y；

pPara为对误差考虑的比例放大系数，其取值为0～0.2；

IPara为对误差考虑的积分放大系数，其取值为0～0.2；

factor为厚度偏差影响率，其取值为0.2～0.8；

同时三个系数之和不超过0.75；

前滑计算结果y限值为1.00～1.07；

通过式(4)计算得到实际前滑值y后输入给模型自适应***，模型自适应***输出修正后的模型系数给预设定模型，预设定模型计算出新的前滑值给控制***进行速度调节，从而修正带钢厚度偏差。