CN103100564A

CN103100564A - 一种新型的轧制过程自适应控制方法

Info

Publication number: CN103100564A
Application number: CN2011103537823A
Authority: CN
Inventors: 王�琦; 罗文涛; 王健; 杨雁青
Original assignee: ROLLWARE CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: ROLLWARE CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-15

Abstract

本发明揭示了一种新型的过程控制道次自适应计算方法，该方法属于金属加工板带产品轧制技术领域，用于在线规程设定计算控制***。该方法首先计算出轧制力和电机力矩的偏微分矩阵，利用前面道次的轧制力偏差和电机力矩偏差，计算出轧件的真实温度，然后根据该入口温度动态修正轧制规程。本发明通过理论计算成功预测轧件温度，提高了轧制规程的设定精度，可有效地改善产品的精度指标。

Description

一种新型的轧制过程自适应控制方法

技术领域

本发明属于金属加工板带产品轧制技术领域，涉及一种新型的过程控制道次自适应计算方法，尤其是在线设定计算控制***；同时，本发明还涉及一种板材轧制道次负荷分配方法。

背景技术

金属板材在轧制时,要将厚的板坯轧制成厚度较小的成品板材，由于轧机设备能力的限制，不能够一次性轧制成型，需要往复轧制多次才能获得最终的成品。每轧制一次称为一个道次，每个道次都承担一部分的厚度压下量。计算机控制时，各个道次的压下量分配称为负荷分配，计算各道次压下量分配的方法称为负荷分配方法。在负荷分配计算时，可以获得的物理量包括道次压下量、轧制压力、轧制力矩、轧机速度、弯辊力等。

计算机控制***要对整个轧制过程进行控制，对每个轧制道次进行高精度设定，以满足产品质量的精度要求。各道次设定的主要物理量包括轧制力、轧辊辊缝、轧制力矩、轧机速度、冷却水量、除鳞水量、弯辊力等。一般情况下，计算***根据生产的板材品种、规格和坯料的规格，结合轧机的能力（电机的最大力矩和最大轧制压力），采用一定的计算方法，在轧钢前，先给出轧制道次总数以及各道次的主要物理量的设定值，此时称为预设定。预设定的物理量的数值要在轧制过程中，根据轧制的实际情况和温度检测数值，对预设定各物理量的数值进行动态修正，以获得较好的控制效果。

在轧制过程中，计算机需要根据前面已经轧制过的道次情况和温度检测情况，对将要轧制道次的各设定物理量的数值进行修正，这种修正方式叫做道次的预测控制，也称为道次间的自适应控制。板材轧制时，道次间的自适应控制主要通过温度检测，轧制压力、轧辊辊缝、轧制力矩等的设定值和实际值的偏差实现。常规的方法是，根据前面道次的轧制压力、辊缝、弯辊力等计算出实际的轧制出口厚度，根据厚度的变化量和温度的检测重新计算后面道次的设定值，此时不再改变道次的压下量分配而只改变轧制力设定、力矩设定、辊缝设定、弯辊力设定等。

在轧制预设定和道次间控制时，温度是一个最为重要的因素，温度的变化影响到轧制力设定、轧辊辊缝设定、力矩设定、速度设定、弯辊力设定等。目前的轧制预设定和道次间的自适应控制都需要高精度的温度测量值。特别是对性能要求高的一些板材，需要在一定温度条件下进行控制轧制，温度的偏差更容易造成产品的质量偏差，产生较大的尺寸偏差和性能偏差。

在实际生产中，一方面往往由于冷却水、氧化物皮等众多因素的影响，温度检测仪表很难给出真实的板材变形温度数值；另一方面，即便是板材表面没有冷却水、氧化物皮等，温度检测仪表也只能检测出板材表面的温度，由于表面温度与内部温度有较大的差异，检测仪表几乎不能确定真正的板材变形温度，这两种情况都会产生较大的温度偏差，从而影响到各道次的轧制压力、轧辊辊缝、轧制力矩、弯辊力等的设定精度，进而影响到最终的产品质量。

目前的道次间自适应技术一是需要高精度的温度检测，二是自适应的物理量是轧制压力、辊缝、轧制力矩、弯辊力，没有道次间温度的自适应计算。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提出了一种新的方法，建立了温度预测计算模型，解决了温度检测仪表带来的误差问题，建立了温度自适应计算方法。根据预测的温度直接采用负荷分配算法重新计算剩余道次的负荷分配，动态地修正各道次的压下量，获得高精度的控制质量。

对于固定的生产线，其轧机设备***是固定的，电机***和轧机本体的力能参数都是固定的，轧制单块板材时，板材的坯料和成品的尺寸是固定的，性能要求也是固定的。整个轧制过程波动最大、最活跃的因素就是温度，温度影响到轧制压力、轧制力矩，最终影响到产品的质量和设备***的利用率。本发明采用了以下方法，获得真实的变形温度。

轧制压力是板材宽度、板材的入口厚度、板材的出口厚度、板材的温度、轧机速度、轧辊半径的函数，可以写作：

Figure 2011103537823100002DEST_PATH_IMAGE001

(1)

（1）中，P为轧制力，B为板材宽度，H为板材入口厚度，h为板材出口厚度，T为板材温度，V为轧机速度，R为轧辊半径。

（1）取全微分，可得：

(2)

同样，电机力矩也是板材宽度、板材的入口厚度、板材的出口厚度、板材的温度、轧机速度、轧辊半径的函数，记为：

M=

Figure 2011103537823100002DEST_PATH_IMAGE003

(3)

（3）取全微分，可得：

(4)

因此，可以得到：

Figure 2011103537823100002DEST_PATH_IMAGE007

(5)

(5)中，K₁，K₂为系数。在轧制的前面道次，轧制力矩起主导作用，K₂取值要大一些，0.7至0.9之间，K₁取小一些，在0.1至0.3之间；在轧制的后面道次，轧制力起主导作用，K₁取值要大一些，0.7至0.9之间，K₂取小一些，在0.1至0.3之间。如果仅以轧制压力（2）或者力矩（4）作为计算依据，容易造成较大的偏差。

由（5）式可以计算出温度偏差。该温度偏差可以应用到后续道次的自适应计算上，经过自适应后的温度作为后续道次负荷分配的起始温度，重新进行负荷分配的计算。具体步骤如下：

1. 根据轧机的力能参数、板坯的尺寸参数、板材的成品尺寸参数、性能参数要求进行预计算，获取预计算的各物理量矩阵;

（6）

（6）中，P为设定轧制压力，M为设定力矩，F为设定弯辊力，Te为设定入口温度，Tx为设定出口温度，V为设定轧机速度，下标1,2，…,n代表道次号。

2. 根据计算出的各物理量计算出相应的轧制力偏微分矩阵：

Figure 2011103537823100002DEST_PATH_IMAGE009

(7)

3. 根据计算出的各物理量计算出相应的电机力矩偏微分矩阵：

(8)

4. 获取轧制过程前两道次的轧制压力实测值和电机力矩的实际值。Pa1、Pa2，Ma1，Ma2。

5. 计算出

Figure 2011103537823100002DEST_PATH_IMAGE011

，并将（7）、（8）分别代入公式（5）计算出实际的、

Figure 2011103537823100002DEST_PATH_IMAGE013

6. 计算出第三道次的温度偏差：

(9)

可取0.5。

7. 计算第三道次自适应后的入口温度：

T_3en = T_3e +

(10)

8. 以新获得的T_3en为新的入口温度设定值，以第二道次轧制完成的出口厚度h2为剩余道次的入口厚度，重新计算出式（6）-（8）的各项数值。

9. 重复步骤4-步骤8的过程，直到轧制完成。

步骤1至步骤9为道次间自适应计算的基本方法。

附图说明

图1为本发明一种新型的轧制过程自适应控制方法的***组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的轧制过程自适应控制方法的实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明在某钢厂3000mm中板轧机应用于生产控制的***组成示意图。主要包括以下几部分：实际轧制力检测、实际电机力矩检测、设备力能参数、板坯规格参数、产品规格参数、性能参数、电机力矩偏差计算模块、轧制力偏差计算模块、规程预计算模块、轧制力偏微分矩阵计算模块、电机力矩偏微分矩阵计算模块、入口温度调整计算模块、规程计算模块、规程保存模块等。下面详细介绍各部分的内容。

实际轧制力检测：使用油压传感器或测压头传感器测量实际轧制力，用于计算轧制力偏差。

实际电机力矩检测：从电机传动***获得实际电机力矩，用于计算电机力矩偏差。

设备力能参数：用于为道次负荷分配提供原始数据，体现了生产设备的机械性能；对于特定的工厂，该参数表固定。

板坯规格参数：包括板坯的尺寸、出炉温度、钢种规格等信息，用于计算轧制规程。

产品规格参数：包括产品的尺寸、终轧温度等信息，用于计算轧制规程；

性能参数：包括产品的生产工艺特殊要求、产品质量要求等信息，用于计算轧制规程。

电机力矩偏差计算模块：根据规程计算得到的电机力矩设定值和实测电机力矩计算电机力矩偏差，用于计算温度调节量。

轧制力偏差计算模块：根据规程计算得到的轧制力设定值和实测轧制力计算轧制力偏差，用于计算温度调节量。

规程预计算模块：根据设备力能参数、板坯规格参数、产品规格参数和性能参数，预计算出轧制规程，用于计算轧制力偏微分矩阵和电机力矩偏微分矩阵。

轧制力偏微分矩阵计算模块：根据规程预计算模块计算得到的轧制规程，计算出轧制力偏微分矩阵，用于计算温度调节量。

电机力矩偏微分矩阵计算模块：根据规程预计算模块计算得到的轧制规程，计算出电机力矩偏微分矩阵，用于计算温度调节量。

入口温度调整计算模块：根据电机力矩偏差、轧制力偏差、电机力矩偏微分矩阵和轧制力偏微分矩阵，计算出钢板入口温度的调节量，用于计算最终的轧制规程。

规程计算模块：根据入口温度调整计算模块的结果，重新计算轧制规程并用于实际生产控制。

规程保存模块：保存轧制规程，用于后续道次自适应控制方法中电机力矩偏差与轧制力偏差的计算。

Claims

1.一种新型的轧制过程自适应控制方法，用于金属加工板带产品在线规程设定计算控制***，其特征在于，所述方法包括实际轧制力检测、实际电机力矩检测、设备力能参数、板坯规格参数、产品规格参数、性能参数、电机力矩偏差计算模块、轧制力偏差计算模块、规程预计算模块、轧制力偏微分矩阵计算模块、电机力矩偏微分矩阵计算模块、入口温度调整计算模块、规程计算模块、规程保存模块：

所述实际轧制力检测，使用油压传感器或测压头传感器测量实际轧制力；

所述实际电机力矩检测，从电机传动***获得实际电机力矩；

所述设备力能参数, 体现了生产设备的机械性能；

所述板坯规格参数，包括板坯的尺寸、出炉温度、钢种规格等信息；

所述产品规格参数，包括产品的尺寸、终轧温度等信息；

所述性能参数，包括产品的生产工艺特殊要求、产品质量要求等信息；

所述电机力矩偏差计算模块，可以计算前面道次中设定电机力矩与实际电机力矩的偏差；

所述轧制力偏差计算模块，可以计算前面道次中设定轧制力与实际轧制力的偏差；

所述规程预计算模块：可根据设备力能参数、板坯规格参数、产品规格参数和性能参数，预计算出轧制规程；

所述轧制力偏微分矩阵计算模块，根据预计算轧制规程，计算出轧制力偏微分矩阵；

所述电机力矩偏微分矩阵计算模块，根据预计算轧制规程，计算出电机力矩偏微分矩阵；

所述入口温度调整计算模块，根据电机力矩偏差、轧制力偏差、电机力矩偏微分矩阵和轧制力偏微分矩阵，计算出钢板入口温度的调节量；

所述规程计算模块，根据入口温度调整计算模块的结果，对预计算的轧制规程进行修正；

所述规程保存模块，可保存轧制规程，用于后续道次的自适应控制方法。

2.根据权利要求1所述的轧制过程自适应控制方法，其特征在于：不依赖温度检测仪表，可通过轧制力和电机力矩等计算出轧件内部温度。

3.根据权利要求1所述的轧制过程自适应控制方法，其特征在于：轧制规程的第一个道次，本方法不对轧制规程进行调节；从轧制规程的第二道次开始，本方法可实现轧制规程的滚动优化。

4.根据权利要求1所述的轧制过程自适应控制方法，其特征在于：在轧制规程的中前期，影响温度调节量的主导因素是电机力矩偏差；在轧制规程的后期，影响温度调节量的主导因素是轧制力偏差。

5.一种利用权利要求1至4任意一项所述的轧制过程自适应控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A、根据设备力能参数、板坯规格参数、成品规格参数、性能参数等进行预计算，获取预计算的各物理量矩阵；

步骤B、根据步骤A计算出的各物理量矩阵计算出相应的轧制力偏微分矩阵；

步骤C、根据步骤A计算出的各物理量矩阵计算出相应的电机力矩偏微分矩阵；

步骤D、获取轧制过程前两道次的轧制力实测值和电机力矩实测值；

步骤E、分别计算出前两道次的轧制力偏差和电机力矩偏差，并据此计算出前两道次的温度偏差调节量；

步骤F、根据步骤E的结果计算本道次入口温度调节量；

步骤G、根据步骤F的结果计算本道次入口温度；

步骤H、根据步骤G的计算结果和板材当前厚度重新计算轧制规程，并得到对应的预计算的各物理量矩阵、轧制力偏微分矩阵、电机力矩偏微分矩阵，用于下一道次的自适应控制；

步骤I、重复步骤D至步骤H的过程，直到轧制完成。