CN105499279A - 一种冷轧带材板形前馈控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷轧带材板形前馈控制方法，该控制方法仅在冷轧机入口、或者在冷轧机入口和出口同时配置带材板形仪，实时检测冷轧机入口带材板形，以轧制过程稳定和出口板形良好为控制目标，轧机入口带材板形变化前馈调整轧机板形调节机构，及时消除轧机入口带材板形对轧制过程稳定性以及轧机出口带材板形的不良影响。与现有技术相比，本发明不仅可以改善冷轧过程的稳定性，提高机组产能，而且还能够保证带材板形控制精度，提高产品质量。

Description

一种冷轧带材板形前馈控制方法

技术领域

本发明涉及带材轧制技术领域，尤其涉及一种冷轧带材板形前馈控制方法。

背景技术

冷轧板带钢表面美观、加工性能好，是汽车、建筑、家电、食品等行业必不可少的原材料，其生产难度大、精度要求高，是钢铁工业各工序中的重点、难点，具有较高的附加值。带材冷轧通常采用热轧产品为原料，经过一台轧机往复轧制或者多机架的连续轧制形成，带材冷轧过程中，轧机入口带材板形质量直接影响轧制稳定性，而且对轧机出口带材板形也具有一定的影响。在现有可逆式冷轧机组中，大都在轧机入口和出口同时配置板形仪、或者仅在轧机出口配置板形仪，通常通过板形反馈控制对轧机出口带材板形进行控制，没有考虑减小甚至消除轧机入口带材板形对轧制过程稳定性以及轧机出口带材板形的不良影响，例如，专利号为ZL201210110506.9(授权公告号为CN102641899B)的中国发明专利《利用反馈数据提高轧机板形设定及动态控制精度的方法》。

韩国专利KR20000042516A中为了提高森吉米尔轧机轧制过程的稳定性，防止镰刀弯和跑偏的发生，提出了森吉米尔轧机的一种板形控制方法。该控制方法中，在轧机入口和出口分别安装有第一和第二两个板形检测仪，接着将两个板形仪测量的板形值输入板形控制单元，并被分解为几类典性的板形模式，最后根据板形模式分类结果，计算确定森吉米尔轧机ASU的位置调整量。该方法同时将轧机入口板形和出口板形作为板形控制输入，主要以轧后板形作为控制目标，难以及时消除入口来料板形对轧制过程稳定性以及出口板形的影响。

美国专利US8050792B2公开了用一个影响矩阵描述轧机每一个板形执行机构对板形的影响效率，根据实测板形和目标板形计算确定板形偏差向量，其中动态控制器是用来计算优化板形执行机构的设置点，以尽量减少板形偏差，从而实现所期望的板形。该方法属于以轧后板形作为控制目标的板形反馈控制方法，没有考虑轧机入口带材板形对轧制过程稳定性以及轧机出口带材板形的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术而提供一种能提高轧制过程稳定性，从而保证冷轧产品质量的冷轧带材板形前馈控制方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种冷轧带材板形前馈控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：在可逆式冷轧机的入口配置一带材板形仪，或者在可逆式冷轧机的入口和出口分别配置一带材板形仪，实时检测并跟踪记录轧机入口带材板形以及对应的长度位置；

步骤2：前馈板形偏差的确定：

对于首轧制道次，根据首轧制道次轧机入口实测板形、入口来料板形设定值和首轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数确定前馈板形偏差；

对于首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果在当前轧制道次轧机入口和出口分别配置带材板形仪，则根据当前轧制道次入口实测板形、上一轧制道次轧机出口目标板形和当前轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数确实前馈板形偏差；

对于首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果仅在上一轧制道次轧机出口配置带材板形检测仪，则根据上一轧制道次轧机出口实测板形、上一轧制道次轧机出口目标板形和当前轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，确定前馈板形偏差；

步骤3：以前馈板形偏差最小化为优化目标函数，以轧机各板形执行机构调解量为优化自变量，以相关常量约束和函数约束为约束条件，建立板形前馈控制模型；

步骤4：对入口板形仪到轧机之间带材进行位置跟踪，当被跟踪带材进入轧机时，利用所述板形前馈模型，采用相关多变量寻优算法，计算确定各板形执行机构的前馈控制调节量，最后输出各板形执行机构前馈控制调节量。

进一步，本发明的优选方案中，所述冷轧机为二十辊轧机，该冷轧机的板形执行机构包括7个支承辊凸度调节机构ASU₁、ASU₂、……、ASU₇，上、下第一中间辊轴向窜动机构SHIFT_upper、SHIFT_down。

再进一步，所述步骤2中的前馈板形偏差分别由以下公式得到：

首轧制道次，前馈板行偏差e_i＝β₁·(F_i ¹-F_i ^ref_1)，其中β₁-首轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，F_i ¹-覆盖于板形仪第i检测单元带材首轧制道次轧机入口板形检测值，F_i ^ref_1-覆盖于板形仪第i检测单元带材首轧制道次入口来料板形设定值；

首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果在当前轧制道次轧机入口和出口分别配置带材板形仪，前馈板行偏差e_i＝β_j·(F_i ^fb_j-F_i ^ref_j-1)，其中β_j-当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，F_i ^fb_j-覆盖于板形仪第i检测单元带材当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形检测值，F_i ^ref_j-1-覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形目标值；

首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果仅在上一轧制道次轧机出口配置带材板形检测仪，前馈板行偏差e_i＝β_j·(F_i ^fb_j-1-F_i ^ref_j-1)，其中β_j为当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，F_i ^fb_j-1为覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形检测值，F_i ^ref_j-1为覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形目标值。

再进一步，所述步骤3中的前馈控制模型为：以前馈板形偏差最小化为优化目标，建立板形前馈控制优化目标函数J，如下所示：

$\begin{array}{c}J=f({\mathrm{\ΔASU}}_1,{\mathrm{\ΔASU}}_2,\·\·\·{,\mathrm{\ΔASU}}_7,{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}},{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}})\\ =\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{weight}}_i{(e_i-\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{R}_j\×{\mathrm{Coef}}_{\mathrm{ij}})}^2+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_j\×{\left(R_j\right)}^2\end{array}$

R_1×m＝[ΔASU₁，ΔASU₂，…，ΔASU₇，ΔSHIFT_upper，ΔSHIFT_down]

该式中i-带材覆盖的板形仪检测单元序号，i＝1，2，…，n，其中n为带材覆盖的板形仪检测单元数量，j-轧机板形执行机构序号，j＝1，2，…，m，其中m为轧机具有的板形执行机构数量，e_i-覆盖于板形仪第i检测单元带材的前馈板形偏差，R_i-待求解确定的轧机第j板形执行机构前馈调节量，其中，ΔASU₁，ΔASU₂，…，ΔASU₇分别为轧机板形执行机构ASU₁，ASU₂，…，ASU₇前馈调节量；ΔSHIFT_upper，ΔSHIFT_down分别为轧机上、下第一中间辊轴向窜动前馈调节量，Coef_ij-轧机第j板形执行机构对覆盖于板形仪第i检测单元带材板形影响效率系数，weight_i-覆盖于板形仪第i检测单元带材板形偏差权重系数，0≤weight_i≤1.0，根据需要消除的宽向各处带材板形偏差优先级确定，优先级越高取值越大，α_j-轧机第j板形执行机构前馈调节量惩罚系数，0≤α_j≤1.0；

板形前馈控制的m个常量约束条件，如下所示：

ASU_{1_low}，ASU_{2_low}，…，ASU_{7_low}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇下限值，

ASU_{1_upp}，ASU_{2_upp}，…，ASU_{7_upp}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇上限值，

ΔASU_{1_low}，ΔASU_{2_low}，…，ΔASU_{7_low}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇单步调节量下限值，

ΔASU_{1_upp}，ΔASU_{2_upp}，…，ΔASU_{7_upp}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇单步调节量上限值，

SHIFT_{upper_low}，SHIFT_{upper_upp}-分别为上第一中间辊轴向窜动下限值、上限值，

SHIFT_{down_low}，SHIFT_{down_upp}-分别为下第一中间辊轴向窜动下限值、上限值，

ΔSHIFT_{upper_low}，ΔSHIFT_{upper_upp}-分别为上第一中间辊轴向窜动单步调节量下限值、上限值，ΔSHIFT_{down_low}，ΔSHIFT_{down_upp}-分别为下第一中间辊轴向窜动单步调节量下限值、上限值，ASU_{1_fb}，ASU_{2_fb}，…，ASU_{7_fb}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇实际值，

SHIFT_{upper_fb}，SHIFT_{down_fb}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动实际值；

板形前馈控制的m-2个函数约束条件，如下所示：

其中ASU_{12dif_low}，ASU_{23dif_low}，…，ASU_{67dif_low}-分别为两两相邻ASU之差下限值，ASU_{12dif_upp}，ASU_{23dif_upp}，…，ASU_{67dif_upp}-分别为两两相邻ASU之差上限值，SHIFT_{uddif_low}，SHIFT_{uddif_upp}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动之差下限值、上限值。再进一步，所述板形执行机构的板形前馈控制执行周期为T，即第k个控制周期对应的时刻为kT，则轧机各板形执行机构板形前馈控制输出为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔASU}}_1\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}1}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_1-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_1\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔASU}}_2\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}2}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_2-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_2\left(\mathrm{iT}\right)]\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\ΔASU}}_7\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}7}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_7-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_7\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}\left(\mathrm{kT}\right)=\mathrm{gai}{n}_{\mathrm{SHIFT}\_\mathrm{upper}}\·[{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{SHIFT}\_\mathrm{down}}\·[{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{iT}\right)]\end{array}$

其中ΔASU₁(kT)，ΔASU₂(kT)，…，ΔASU₇(kT)-分别为当前控制周期即第k控制周期ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出量，ΔASU₁(iT)，ΔASU₂(iT)，…，ΔASU₇(iT)-分别为第i控制周期ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出量，

ΔSHIFT_upper(kT)，ΔSHIFT_down(kT)-分别为当前控制周期即第k控制周期上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出量，ΔSHIFT_upper(kT)，ΔSHIFT_down(kT)-分别为第i控制周期上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出量，gain_ASU1，gain_ASU2，…，gain_ASU7-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出增益，gain_{SHIFT_upper}，gain_{SHIFT_down}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出增益。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明以带材前馈板形偏差最小为优化控制目标，通过调整轧机板形调节机构，能及时消除入口来料板形对轧制过程稳定性以及出口板形的影响。在投入板形反馈控制功能的基础上，应用本发明，不仅可以提高带材冷轧过程的稳定率，提高机组产能，而且还能够保证带材板形控制精度，提高带材板形质量。

附图说明

图1为本发明实施例1中可逆冷轧机板形前馈控制***构成示意图；

图2为本发明实施例1中位移寄存器工作原理示意图；

图3为本发明实施例2中使用本发明前后轧机出口带材板形偏差6I-UNIT以内命中率对比示意图；

图4为本发明实施例2中使用本发明前后冷轧过程带材跑偏量10mm以上的跑偏发生率。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1：

(1)轧机入口带材板形检测

如图1所示，带材单机架可逆冷轧机组包括入口开卷/卷取机11、入口转向辊21、入口接触压力式板形仪31、20辊轧机4、出口接触压力式板形仪32、出口转向辊22、出口开卷/卷取机12。其中，这里的20辊轧机4拥有的板形执行机构包括：7个支承辊凸度调节机构ASU₁、ASU₂、……、ASU₇，上、下第一中间辊轴向窜动机构SHIFT_upper、SHIFT_down。

本实施例中，轧机入口、出口板形仪分别实时检测并跟踪记录轧机入口、出口带材板形以及对应的长度位置。

(2)前馈板形偏差计算

对于首轧制道次，根据首轧制道次轧机入口实测板形、入口来料板形设定值和首轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，确定前馈板形偏差，如式(1)所示：

e_i＝β₁·(F_i ¹-F_i ^ref_1)(1)

式(1)中，β₁-首轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，F_i ¹-覆盖于板形仪第i检测单元带材首轧制道次轧机入口板形检测值，F_i ^ref_1-覆盖于板形仪第i检测单元带材首轧制道次入口来料板形设定值。

对于首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果在当前轧制道次轧机入口和出口分别配置带材板形检测仪，则根据当前轧制道次轧机入口实测板形、上一轧制道次轧机出口目标板形和当前轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，确定前馈板形偏差，如式(2)所示：

e_i＝β_j·(F_i ^fb_j-F_i ^ref_j-1)(2)

式(2)中，β_j-当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，

F_i ^fb_j-覆盖于板形仪第i检测单元带材当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形检测值，F_i ^ref_j-1-覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形目标值。

对于首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果仅在上一轧制道次轧机出口(即当前轧制道次轧机入口)配置带材板形检测仪，则根据上一轧制道次轧机出口实测板形、上一轧制道次轧机出口目标板形和当前轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，确定前馈板形偏差，如式(3)所示：

e_i＝β_j·(F_i ^fb_j-1-F_i ^ref_j-1)(3)

式(3)中，β_j-当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，

F_i ^fb_j-1-覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形检测值，F_i ^ref_j-1-覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形目标值。

(3)板形前馈控制模型建立

以前馈板形偏差最小化为优化目标函数，以冷轧机各板形执行机构调节量为优化自变量，以相关常量约束和函数约束为约束条件，建立板形前馈控制模型。

以前馈板形偏差最小化为优化目标，建立板形前馈控制优化目标函数J，如式(4)所示：

$\begin{array}{c}J=f({\mathrm{\ΔASU}}_1,{\mathrm{\ΔASU}}_2,\·\·\·{,\mathrm{\ΔASU}}_7,{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}},{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}})\\ =\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{weight}}_i{(e_i-\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{R}_j\×{\mathrm{Coef}}_{\mathrm{ij}})}^2+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_j\×{\left(R_j\right)}^2\end{array}$

R_1×m＝[ΔASU₁，ΔASU₂，…，ΔASU₇，ΔSHIFT_upper，ΔSHIFT_down]

式(4)中，i-带材覆盖的板形仪检测单元序号，i＝1，2，…，n，其中n为带材覆盖的板形仪检测单元数量，j-轧机板形执行机构序号，j＝1，2，…，m，其中m为轧机具有的板形执行机构数量，e_i-覆盖于板形仪第i检测单元带材的前馈板形偏差，R_i-待求解确定的轧机第j板形执行机构前馈调节量，其中，ΔASU₁，ΔASU₂，…，ΔASU₇分别为轧机板形执行机构ASU₁，ASU₂，…，ASU₇前馈调节量；ΔSHIFT_upper，ΔSHIFT_down分别为轧机上、下第一中间辊轴向窜动前馈调节量，Coef_ij-轧机第j板形执行机构对覆盖于板形仪第i检测单元带材板形影响效率系数，weight_i-覆盖于板形仪第i检测单元带材板形偏差权重系数，0≤weight_i≤1.0，根据需要消除的宽向各处带材板形偏差优先级确定，优先级越高取值越大，α_j-轧机第j板形执行机构前馈调节量惩罚系数，0≤α_j≤1.0，根据各板形执行机构对特定板形偏差影响效率的差异，对消除特定板形偏差越有效的板形执行机构，相应的α_j取值越小；反之，α_j取值越大。

根据20辊轧机特点，建立板形前馈控制的m个常量约束条件，如式(5)所示：

式(5)中，ASU_{1_low}，ASU_{2_low}，…，ASU_{7_low}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇下限值，

ASU_{1_upp}，ASU_{2_upp}，…，ASU_{7_upp}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇上限值，

ΔASU_{1_low}，ΔASU_{2_low}，…，ΔASU_{7_low}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇单步调节量下限值，

ΔASU_{1_upp}，ΔASU_{2_upp}，…，ΔASU_{7_upp}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇单步调节量上限值，

SHIFT_{upper_low}，SHIFT_{upper_upp}-分别为上第一中间辊轴向窜动下限值、上限值，

SHIFT_{down_low}，SHIFT_{down_upp}-分别为下第一中间辊轴向窜动下限值、上限值，

ΔSHIFT_{upper_low}，ΔSHIFT_{upper_upp}-分别为上第一中间辊轴向窜动单步调节量下限值、上限值，

ΔSHIFT_{down_low}，ΔSHIFT_{down_upp}-分别为下第一中间辊轴向窜动单步调节量下限值、上限值，

ASU_{1_fb}，ASU_{2_fb}，…，ASU_{7_fb}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇实际值，

SHIFT_{upper_fb}，SHIFT_{down_fb}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动实际值。

根据20辊轧机特点，建立板形前馈控制的m-2个函数约束条件，如式(6)所示：

式(6)中，ASU_{12dif_low}，ASU_{23dif_low}，…，ASU_{67dif_low}-分别为两两相邻ASU之差下限值，

ASU_{12dif_upp}，ASU_{23dif_upp}，…，ASU_{67dif_upp}-分别为两两相邻ASU之差上限值，

SHIFT_{uddif_low}，SHIFT_{uddif_upp}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动之差下限值、上限值。

(4)带材位置跟踪

如图2所示，通过移位寄存器，实现对入口板形仪到轧机之间带材位置跟踪。

移位寄存器的基本原理是：将入口板形仪到轧机之间的带钢分成等长的N份，每等份带钢长度为d：d＝L/N，L为入口板形辊到轧机之间的，N为带钢等分份数。

由于轧机采用升、降速轧制，所以带钢的速度是变化的，则带钢在板形检测信号每个采样周期通过的长度是不同的，累计每个采样周期带钢走过的长度l，l＝∑(V_t×t)，其中，t为板形检测信号周期，V_t为当前检测周期入口带钢速度。

当累计的长度l达到d，就将此时的前馈板形偏差存放到移位寄存器位置1中，移位寄存器中已存储的板形偏差也相应向前移动一个位置，并长度l值归零。

当带钢速度较快时，若一个执行周期内带钢走过的长度超过d的x倍，则将当前前的板形偏差存放到1到x的位置上，同样移位寄存器中已存储的板形偏差也相应向前移动x个位置，其中，x为X取整值，X＝∑(V_t×t)/d。

如果不考虑板形执行机构的响应滞后，移位寄存器中存储的最后一个位置的Δe_N就是轧机入口处的板形偏差；如果考虑板形执行机构的响应滞后等，前馈控制信号需要提前输入τ时间，则移位寄存器指针向后移动y个存储单元，Δe_N-y就是前馈提前输出的入口板形偏差：

y＝V_t×τ/d

其中，τ为前馈控制的提前输出时间，也即板形执行机构的响应延时。

(5)板形执行机构前馈控制调节量计算确定

当被跟踪带材进入轧机时，利用板形前馈控制模型，采用相关多变量寻优算法，通过计算板形前馈控制目标函数的极小值，求解得到各板形执行机构前馈控制调节量。

(6)板形前馈控制输出

板形前馈控制执行周期T确定原则：

轧机轧制速度越高，板形前馈控制执行周期越短，即T取值越小；轧机轧制速度越低，板形前馈控制执行周期越长，即T取值越大；板形前馈控制执行周期不短于板形反馈控制执行周期TFBC，即T≥TFBC。

板形前馈控制基本输出增益确定原则：

前馈板形偏差越大，板形前馈控制基本输出增益越大；前馈板形偏差越小，板形前馈控制基本输出增益越小。

板形反馈控制与板形前馈控制之间协调输出，遵循板形反馈控制优先输出的原则：当板形前馈控制输出调节量与板形反馈控制输出调节量符号相同时，板形前馈控制正常输出；当板形前馈控制输出调节量与板形反馈控制输出调节量符号相反时，通过减小板形前馈控制输出增益，降低板形前馈控制输出强度。

当前控制周期(即第k控制周期，对应时刻为kT)轧机各板形执行机构板形前馈控制输出式(7)所示：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔASU}}_1\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}1}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_1-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_1\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔASU}}_2\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}2}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_2-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_2\left(\mathrm{iT}\right)]\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\ΔASU}}_7\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}7}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_7-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_7\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}\left(\mathrm{kT}\right)=\mathrm{gai}{n}_{\mathrm{SHIFT}\_\mathrm{upper}}\·[{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{SHIFT}\_\mathrm{down}}\·[{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{iT}\right)]\end{array}---\left(7\right)$

式(7)中，

ΔASU₁(kT)，ΔASU₂(kT)，…，ΔASU₇(kT)-分别为当前控制周期即第k控制周期ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出量，

ΔASU₁(iT)，ΔASU₂(iT)，…，ΔASU₇(iT)-分别为第i控制周期ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出量，

ΔSHIFT_upper(kT)，ΔSHIFT_down(kT)-分别为当前控制周期即第k控制周期上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出量，

ΔSHIFT_upper(kT)，ΔSHIFT_down(kT)-分别为第i控制周期上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出量，

gain_ASU1，gain_ASU2，…，gain_ASU7-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出增益，

gain_{SHIFT_upper}，gain_{SHIFT_down}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出增益。

以上以单机架可逆式20辊冷轧机组为例，给出了冷轧带材板形前馈控制实施例。对于其它类型冷轧机组，可以按照同样方法建立类似的带材板形前馈控制方法。

实施例2：

本发明方法应用于某新增的不锈钢20辊冷轧机组板形自动控制***，该***同时拥有板形反馈控制功能模块和板形前馈控制功能模块，可以根据实际生产需要选择投入其中一个板形控制功能模块、或同时投入两个板形控制功能模块。该机组冷轧机入口、出口分别安装了一套接触压力式板形仪。

对于钢种为300系的不锈钢，入口厚度2.6mm，宽度1260mm，出口厚度0.35mm。板形***模拟运行结果显示，对于该种钢卷，如图3所示，运用本发明方法前、后，轧机出口带材板形偏差6I-UNIT命中率分别为96％和99％，说明运用本发明的方法后带材板形控制精度有一定程度的提高。如图4所示，运用本发明前后冷轧过程带材跑偏量10mm以上的跑偏发生率分别为2.3％和0.8％，说明运用本发明的方法后轧制稳定性明显提高。

Claims (5)

1.一种冷轧带材板形前馈控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：在可逆式冷轧机的入口配置一带材板形仪，或者在可逆式冷轧机的入口和出口分别配置一带材板形仪，实时检测并跟踪记录轧机入口或者轧机入口及出口带材板形以及对应的长度位置；

步骤2：前馈板形偏差的确定：

对于首轧制道次，根据首轧制道次轧机入口实测板形、入口来料板形设定值和首轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数确定前馈板形偏差；

对于首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果在当前轧制道次轧机入口和出口分别配置带材板形仪，则根据当前轧制道次入口实测板形、上一轧制道次轧机出口目标板形和当前轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数确实前馈板形偏差；

对于首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果仅在上一轧制道次轧机出口配置带材板形检测仪，则根据上一轧制道次轧机出口实测板形、上一轧制道次轧机出口目标板形和当前轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，确定前馈板形偏差；

步骤3：以前馈板形偏差最小化为优化目标函数，以轧机各板形执行机构调解量为优化自变量，以相关常量约束和函数约束为约束条件，建立板形前馈控制模型；

步骤4：对入口板形仪到轧机之间带材进行位置跟踪，当被跟踪带材进入轧机时，利用所述板形前馈模型，采用相关多变量寻优算法，计算确定各板形执行机构的前馈控制调节量，最后输出各板形执行机构前馈控制调节量。

2.如权利要求1所述的冷轧带材板形前馈控制方法，其特征在于：所述冷轧机为二十辊轧机，该冷轧机的板形执行机构包括7个支承辊凸度调节机构ASU₁、ASU₂、…、ASU₇，上、下第一中间辊轴向窜动机构SHIFT_upper、SHIFT_down。

3.如权利要求1或2所述的冷轧带材板形前馈控制方法，其特征在于：所述步骤2中的前馈板形偏差分别由以下公式得到：

首轧制道次，前馈板行偏差e_i＝β₁·(F_i ¹-F_i ^ref_1)，其中β₁-首轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，F_i ¹-覆盖于板形仪第i检测单元带材首轧制道次轧机入口板形检测值，F_i ^ref_1-覆盖于板形仪第i检测单元带材首轧制道次入口来料板形设定值；

首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果在当前轧制道次轧机入口和出口分别配置带材板形仪，前馈板行偏差e_i＝β_j·(F_i ^fb_j-F_i ^ref_j-1)，其中β_j-当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，F_i ^fb_j-覆盖于板形仪第i检测单元带材当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形检测值，F_i ^ref_j-1-覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形目标值；

首轧制道次以外的后续各轧制道次，如果仅在上一轧制道次轧机出口配置带材板形检测仪，前馈板行偏差e_i＝β_j·(F_i ^fb_j-1-F_i ^ref_j-1)，其中β_j为当前轧制道次即第j轧制道次轧机入口板形对出口板形遗传系数，F_i ^fb_j-1为覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形检测值，F_i ^ref_j-1为覆盖于板形仪第i检测单元带材上一轧制道次即第j-1轧制道次轧机出口板形目标值。

4.如权利要求3所述的冷轧带材板形前馈控制方法，其特征在于：所述步骤3中的前馈控制模型为：以前馈板形偏差最小化为优化目标，建立板形前馈控制优化目标函数J，如下所示：

$\begin{array}{c}J=f({\mathrm{\ΔASU}}_1,{\mathrm{\ΔASU}}_2,\·\·\·{,\mathrm{\ΔASU}}_7,{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}},{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}})\\ =\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{weight}}_i{(e_i-\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{R}_j\×{\mathrm{Coef}}_{\mathrm{ij}})}^2+\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\α}}_j\×{\left(R_j\right)}^2\end{array}$

R_1×m＝[ΔASU₁，ΔASU₂，…，ΔASU₇，ΔSHIFT_upper，ΔSHIFT_down]

该式中i-带材覆盖的板形仪检测单元序号，i＝1，2，…，n，其中n为带材覆盖的板形仪检测单元数量，j-轧机板形执行机构序号，j＝1，2，…，m，其中m为轧机具有的板形执行机构数量，e_i-覆盖于板形仪第i检测单元带材的前馈板形偏差，R_i-待求解确定的轧机第j板形执行机构前馈调节量，其中，ΔASU₁，ΔASU₂，…，ΔASU₇分别为轧机板形执行机构ASU₁，ASU₂，…，ASU₇前馈调节量；ΔSHIFT_upper，ΔSHIFT_down分别为轧机上、下第一中间辊轴向窜动前馈调节量，Coef_ij-轧机第j板形执行机构对覆盖于板形仪第i检测单元带材板形影响效率系数，weight_i-覆盖于板形仪第i检测单元带材板形偏差权重系数，0≤weight_i≤1.0，根据需要消除的宽向各处带材板形偏差优先级确定，优先级越高取值越大，α_j-轧机第j板形执行机构前馈调节量惩罚系数，0≤α_j≤1.0；

带材板形前馈控制的m个常量约束条件，如下所示：

ASU_{1_low}，ASU_{2_low}，…，ASU_{7_low}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇下限值，

ASU_{1_upp}，ASU_{2_upp}，…，ASU_{7_upp}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇上限值，

ΔASU_{1_low}，ΔASU_{2_low}，…，ΔASU_{7_low}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇单步调节量下限值，

ΔASU_{1_upp}，ΔASU_{2_upp}，…，ΔASU_{7_upp}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇单步调节量上限值，

SHIFT_{upper_low}，SHIFT_{upper_upp}-分别为上第一中间辊轴向窜动下限值、上限值，

SHIFT_{down_low}，SHIFT_{down_upp}-分别为下第一中间辊轴向窜动下限值、上限值，

ΔSHIFT_{upper_low}，ΔSHIFT_{upper_upp}-分别为上第一中间辊轴向窜动单步调节量下限值、上限值，ΔSHIFT_{down_low}，ΔSHIFT_{down_upp}-分别为下第一中间辊轴向窜动单步调节量下限值、上限值，ASU_{1_fb}，ASU_{2_fb}，…，ASU_{7_fb}-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇实际值，

SHIFT_{upper_fb}，SHIFT_{down_fb}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动实际值；

带材板形前馈控制的m-2个函数约束条件，如下所示：

其中ASU_{12dif_low}，ASU_{23dif_low}，…，ASU_{67dif_low}-分别为两两相邻ASU之差下限值，ASU_{12dif_upp}，ASU_{23dif_upp}，…，ASU_{67dif_upp}-分别为两两相邻ASU之差上限值，SHIFT_{uddif_low}，SHIFT_{uddif_upp}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动之差下限值、上限值。

5.如权利要求4所述的冷轧带材板形前馈控制方法，其特征在于：所述板形执行机构的板形前馈控制执行周期为T，即第k个控制周期对应的时刻为kT，则轧机各板形执行机构板形前馈控制输出为：

$\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔASU}}_1\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}1}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_1-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_1\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔASU}}_2\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}2}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_2-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_2\left(\mathrm{iT}\right)]\\ \·\\ \·\\ \·\\ {\mathrm{\ΔASU}}_7\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{ASU}7}\·[{\mathrm{\ΔASU}}_7-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔASU}}_7\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}\left(\mathrm{kT}\right)=\mathrm{gai}{n}_{\mathrm{SHIFT}\_\mathrm{upper}}\·[{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{upper}}\left(\mathrm{iT}\right)]\\ {\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{kT}\right)={\mathrm{gain}}_{\mathrm{SHIFT}\_\mathrm{down}}\·[{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}-\underset{i=1}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔSHIFT}}_{\mathrm{down}}\left(\mathrm{iT}\right)]\end{array}$

其中ΔASU₁(kT)，ΔASU₂(kT)，…，ΔASU₇(kT)-分别为当前控制周期即第k控制周期ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出量，ΔASU₁(iT)，ΔASU₂(iT)，…，ΔASU₇(iT)-分别为第i控制周期ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出量，

ΔSHIFT_upper(kT)，ΔSHIFT_down(kT)-分别为当前控制周期即第k控制周期上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出量，ΔSHIFT_upper(kT)，ΔSHIFT_down(kT)-分别为第i控制周期上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出量，gain_ASU1，gain_ASU2，…，gain_ASU7-分别为ASU₁，ASU₂，…，ASU₇板形前馈控制输出增益，gain_{SHIFT_upper}，gain_{SHIFT_down}-分别为上、下第一中间辊轴向窜动板形前馈控制输出增益。