CN109731929A - 一种基于极点配置方法的液压活套控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于极点配置方法的液压活套控制方法，包括活套角度控制闭环和轧件张力控制闭环。所述的活套角度控制闭环为：活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出上游机架的轧机主速度控制值，为活套角度控制闭环。所述的轧件张力控制闭环为：轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出底部液压缸的转矩控制值，为轧件张力控制闭环。通过调整上游机架的轧机主速度和液压缸输出转矩来实现对轧件张力和活套角度的控制。高精度的控制液压活套，为热轧精轧机组架间活套控制奠定了技术基础；节省项目时间及成本，为企业带来大量经济效益。

Description

一种基于极点配置方法的液压活套控制方法

技术领域

本发明涉及热连轧控制技术领域，特别涉及一种基于极点配置方法的液压活套控制方法。

背景技术

热轧带钢是重要的钢材品种，对整个钢铁工业的技术进步和经济效益有着重要影响。现代带钢热轧连轧机在机组相邻机架间均设有活套装置。使带钢保持相对恒定的张力，套量，检测并调节各种扰动引起的速度偏差，确保热轧带钢在精轧机内的轧制稳定性，提高产品的厚度，宽度精度。随着生产的发展和科学的进步，活套***已逐渐由气动，电动控制发展到液压控制。液压活套***惯量更小，快速性和追随性更优，逐渐被热轧生产线所应用。目前传统的液压活套控制***为多输入多输出***，模型变量间不存在清晰的数学关系，因此，往往需要大量的试凑和经验才能得到合适的加权矩阵。调试和应用起来十分麻烦。

鉴于传统的液压活套控制***为多输入多输出***，模型变量间不存在清晰的数学关系，因此，往往需要大量的试凑和经验才能得到合适的加权矩阵。调试和应用起来十分麻烦。我们发明一种把二次型最优控制方法反设计的思想应用到液压活套控制的方法。从而避免在LQ(Linear Quadratic)设计中，通过大量试凑来选择加权矩阵Q,R，减少现场调试液压活套***的调试时间，从而节省工程调试成本，提高液压活套***的运行稳定性，增加带钢质量和产线效益。

发明内容

为了解决背景技术中所述问题，本发明提供一种基于极点配置方法的液压活套控制方法，高精度的控制液压活套，为热轧精轧机组架间活套控制奠定了技术基础；节省项目时间及成本，为企业带来大量经济效益。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于极点配置方法的液压活套控制方法，包括活套角度控制闭环和轧件张力控制闭环。

所述的活套角度控制闭环为：活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出上游机架的轧机主速度控制值，为活套角度控制闭环。

所述的轧件张力控制闭环为：轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出底部液压缸的转矩控制值，为轧件张力控制闭环。

通过调整上游机架的轧机主速度和液压缸输出转矩来实现对轧件张力和活套角度的控制。

所述的活套角度设定值θ_REF的确定方法为：

1)在ILQ控制模式稳定轧制时，活套角度设定值θ_REF为角度的目标设定值；

2)当小套量控制开始时活套角度设定值θ_REF为小套量控制的目标设定值；

3)当活套处于测试模式下，活套角度设定值θ_REF为测试模式下的角度参考值；

在以上三种情况下，活套角度阶跃测试开始时，活套角度设定值θ_REF应为在以上参考值的基础上附加一个角度阶跃测试参考值。

所述的活套角度反馈值θf为上一时刻滤波后角度反馈值与当前时刻的角度反馈值加权求和得到新的滤波后角度反馈值。

所述的轧件张力设定值σ_REF的确定方法为：稳定轧制时机架间轧件张力设定值σ_REF在进行机架间张力阶跃测试时附加的一个张力阶跃测试参考值。

所述的轧件张力反馈值σf为由计算得到的机架间带钢张力与上一时刻滤波后的值加权求和得到的。

所述的轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的差值Δσ确定方法为：

当ILQ控制选择锁存值时，Δσ为滤波的张力反馈减去张力反馈锁存值和张力阶跃测试时的参考值，否则，Δσ等于滤波后的张力反馈值减去张力设定值。

所述的活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的差值Δθ的确定方法为：

当ILQ控制选择锁存值时，Δθ为滤波的角度反馈减去角度反馈锁存值和角度阶跃测试时的参考值，否则，Δθ等于滤波后的角度反馈值减去角度设定值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的方法采用基于ILQ控制器的角度及张力的双闭环控制，同时本发明方法为提高控制精度，对两个闭环的具体参数的设定提供了精确的确定方法，有效提高了活套角度和张力控制的精确度。

附图说明

图1是本发明的控制结构示意图；

图2是本发明的ILQ控制结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，一种基于极点配置方法的液压活套控制方法，包括活套角度控制闭环和轧件张力控制闭环。

所述的活套角度控制闭环为：活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出上游机架的轧机主速度控制值，为活套角度控制闭环。

所述的轧件张力控制闭环为：轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出底部液压缸的转矩控制值，为轧件张力控制闭环。

通过调整上游机架的轧机主速度和液压缸输出转矩来实现对轧件张力和活套角度的控制。

所述的活套角度设定值θ_REF的确定方法为：

1)在ILQ控制模式稳定轧制时，活套角度设定值θ_REF为角度的目标设定值；

2)当小套量控制开始时活套角度设定值θ_REF为小套量控制的目标设定值；

3)当活套处于测试模式下，活套角度设定值θ_REF为测试模式下的角度参考值；

在以上三种情况下，活套角度阶跃测试开始时，活套角度设定值θ_REF应为在以上参考值的基础上附加一个角度阶跃测试参考值。

所述的活套角度反馈值θf为上一时刻滤波后角度反馈值与当前时刻的角度反馈值加权求和得到新的滤波后角度反馈值。

所述的轧件张力设定值σ_REF的确定方法为：稳定轧制时机架间轧件张力设定值σ_REF在进行机架间张力阶跃测试时附加的一个张力阶跃测试参考值。

所述的轧件张力反馈值σf为由计算得到的机架间带钢张力与上一时刻滤波后的值加权求和得到的。

所述的轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的差值Δσ确定方法为：

当ILQ控制选择锁存值时，Δσ为滤波的张力反馈减去张力反馈锁存值和张力阶跃测试时的参考值，否则，Δσ等于滤波后的张力反馈值减去张力设定值。

所述的活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的差值Δθ的确定方法为：

当ILQ控制选择锁存值时，Δθ为滤波的角度反馈减去角度反馈锁存值和角度阶跃测试时的参考值，否则，Δθ等于滤波后的角度反馈值减去角度设定值。

如图2所示，所述的ILQ控制器的计算方法如下：

步骤一、以所述的轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的差值△σ和活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的差值△θ为两个输入变量，进行如下计算：

其中：

x＝[Δσ Δω Δθ]^T

u＝[ΔV ΔT]^T

y＝[Δσ Δθ]^T

其中：K_I0-基本积分增益；

计算得出△V和△T为两个输出变量；

步骤二、以△V为输入，以轧机主速度反馈Vf与常数K_F0的乘积为反馈值，将其差值与常数K_S1相乘后，输出轧机主速度的目标控制值V；

以△T为输入，以液压缸转矩反馈Tf与常数K_F0的乘积为反馈值，将其差值与常数K_S2相乘后，输出液压缸转矩的目标控制值T；

其中：K_F0-基本状态反馈增益；K_S1，K_S2-可调参数；

所述的K_I0和K_F0按以下方法确定最佳参数值：

第一步：确定***的期望响应ω_TC和ω_HC，选择***闭环极点S_i，使S₁＝-ω_TC，S₂＝-ω_HC；

第二步：确定向量g1和g3，使g1＝W(S₁)^-1e₁，g3＝W(S₂)^-1e₂，e_i使自然基数，W(S)＝C(SI-A)^-1B；

第三步：通过以下极点配置方法的相关算法确定向量t1，t3，g2和t2；

t₁＝(s₁I-A)^-1Bg₁

t₃＝(s₂I-A)^-1Bg₃

g₂＝g₃+[C(s₂I-A)^-1B]^-1C(s₂I-A)^-1t₃

t₂＝(s₃I-A)^-1Bg₂-(s₃I-A)^-1t₃

第四步：按照以下公式计算F，是A-BF的特征值为S1,S2,S3

F＝-GT^-1 G＝[g₁,g₂,g₃] T＝[t₁,t₂,t₃]

第五步：选择调节参数：π_i＞λ_max(E)

E＝[GS-(T^-1B)^T](-S-S^T)^-1[GS-(T^-1B)^T]^T+FB+(FB)^T

第六步：

根据该过程，得出的基本状态反馈增益K_F0和基本积分增益K_I0均是由***模型设备变量以及***的期望响应来表示的。

其中：Δσ 活套角单位张力偏差(反馈值-基准值) N/mm²

θ^REF 活套角度目标值 rad

Δθ 活套角度偏差(反馈值-基准值) rad

ΔV 上游机架速度校正参考值 mm/s

ΔT 液压活套转矩ILQ输出

ω 活套角速度反馈 rad/s

ωHC 活套角度控制的期望响应 rad/s

ωTC 张力控制的期望响应 rad/s

J 活套惯量 Nm²

L 机架间的距离 mm

g_L 活套传动比p.u.

E 杨氏模量(＝15000.0) N/mm²

F 上游机架前滑比值 pu

所述的K_S1和K_S2为可调增益，其确定方法如下：

根据ILQ理论，我们可以知道基于这种方法设计的控制器具有良好的渐进跟踪性能，并且当可调增益趋近于无穷时，***的极点趋近于期望的闭环极点。活套***可以通过状态反馈实现解耦，也就是说该***的解耦矩阵非奇异，那么ILQ控制活套***的传递函数会随着可调增益的增大趋近于对角阵传递函数，而可调增益与时间无关，因此***可以实现渐近解耦。但是由于现场设备条件可调增益太大会影响***的稳定性，所以在现场调试时，一般都会从可调增益的下限值开始逐渐增大，根据***的响应情况确定该值，这是ILQ控制器有良好的调节能力的表现之一。此外，我们可以看到，ILQ控制器的各个增益都是由设备模型量和***的期望响应等量构成的，当现场某个量改变时，可以相应的修改控制程序中的设定值，以适应控制对象发生的改变，这也是ILQ控制器的易于进行设备参数调整的优点。

以上实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (3)

1.一种基于极点配置方法的液压活套控制方法，其特征在于，包括活套角度控制闭环和轧件张力控制闭环；

所述的活套角度控制闭环为：活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出上游机架的轧机主速度控制值，为活套角度控制闭环；

所述的轧件张力控制闭环为：轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的偏差值输入ILQ控制器，输出底部液压缸的转矩控制值，为轧件张力控制闭环；

通过调整上游机架的轧机主速度和液压缸输出转矩来实现对轧件张力和活套角度的控制；

所述的活套角度设定值θ_REF的确定方法为：

1)在ILQ控制模式稳定轧制时，活套角度设定值θ_REF为角度的目标设定值；

2)当小套量控制开始时活套角度设定值θ_REF为小套量控制的目标设定值；

3)当活套处于测试模式下，活套角度设定值θ_REF为测试模式下的角度参考值；

在以上三种情况下，活套角度阶跃测试开始时，活套角度设定值θ_REF应为在以上参考值的基础上附加一个角度阶跃测试参考值；

所述的活套角度反馈值θf为上一时刻滤波后角度反馈值与当前时刻的角度反馈值加权求和得到新的滤波后角度反馈值；

所述的轧件张力设定值σ_REF的确定方法为：稳定轧制时机架间轧件张力设定值σ_REF在进行机架间张力阶跃测试时附加的一个张力阶跃测试参考值；

所述的轧件张力反馈值σf为由计算得到的机架间带钢张力与上一时刻滤波后的值加权求和得到的。

2.根据权利要求1所述的一种基于极点配置方法的液压活套控制方法，其特征在于，所述的轧件张力设定值σ_REF与轧件张力反馈值σf之间的差值△σ确定方法为：

当ILQ控制选择锁存值时，△σ为滤波的张力反馈减去张力反馈锁存值和张力阶跃测试时的参考值，否则，△σ等于滤波后的张力反馈值减去张力设定值。

3.根据权利要求1所述的一种基于极点配置方法的液压活套控制方法，其特征在于，所述的活套角度设定值θ_REF与活套角度反馈值θf之间的差值△θ的确定方法为：

当ILQ控制选择锁存值时，△θ为滤波的角度反馈减去角度反馈锁存值和角度阶跃测试时的参考值，否则，△θ等于滤波后的角度反馈值减去角度设定值。