EP0424709B1 - Method for compensating failures due to roll eccentricity - Google Patents

Abstract

In the process for controlling the tape thickness it has been found that the complex roll eccentricities produced by the superimposition of several interfering influences are not adequately compensated for by the control methods which have hitherto become known. To be able to compensate for even complex roll eccentricities, it is proposed to determine the transfer function of the fault signal embodying the roll eccentricity and to derive from this transfer function controller parameters on the basis of which roll eccentricity compensation signals can be calculated. Using this means, the roll eccentricities are compensated for in accordance with the principle of adaptive control. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dickenregelung von Walzband und zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Störungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.The invention relates to a method for regulating the thickness of rolled strip and for compensating for disturbances caused by roller eccentricities according to the preamble of claim 1 and a device for carrying out this method.

In den letzten Jahren nahmen die Forderungen nach zunehmend engeren Toleranzen in bezug auf die Dicke gewalzter Bänder ständig zu. Es wurde bald festgestellt, daß sich bei dem Versuch, diese enge Toleranzen einzuhalten, der Einfluß von Walzenexzentrizitäten nachteilig auswirkt. Aus diesem Grunde wurden Schaltungen entwickelt, die den die Walzbandqualität minimierenden Einfluß durch Walzenexzentrizitäten kompensieren sollten.In recent years, the demands for increasingly narrow tolerances with regard to the thickness of rolled strips have been increasing. It was soon found that trying to meet these tight tolerances adversely affects the influence of roll eccentricities. For this reason circuits have been developed which should compensate for the influence of roll eccentricities which minimizes the quality of the rolled strip.

Es ist z.B. bekannt, die Exzentrizität der Walzen zunächst bei zusammengefahrenen Walzen zu messen, diese Meßwerte abzuspeichern und diese Meßwerte während des Walzvorgangs zur Kompensation der Walzenexzentrizität wieder heranzuziehen. Änderungen in den Exzentrizitäten der Walzen durch Walzenverschleiß, thermisch beeinflußte Veränderungen, Veränderungen durch Schlupf usw. können durch dieses Kompensationsverfahren nicht mehr erkannt werden, so daß eine Kompensation, wenn überhaupt, nur unzureichend erfolgen kann.For example, it is known to first measure the eccentricity of the rolls when the rolls are moved together, to store these measured values and to use these measured values again during the rolling process to compensate for the roll eccentricity. Changes in the eccentricities of the rolls due to roll wear, thermally influenced changes, changes due to slippage, etc. can be caused by this compensation method can no longer be recognized, so that compensation, if at all, can only take place inadequately.

Durch die EP-PS 0170016 gehört ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kompensation des Einflusses von Walzenexzentrizitäten zum Stand der Technik, nach dem aus dem Istwert der Walzkraft, der Walzenanstellung und der Gerüstfederkonstanten unter Zuhilfenahme der Stützwalzendrehzahl ein Störsignal herausgefiltert und über Oszillatoren nachgebildet wird. Das nachgebildete Störsignal dient zur Steuerung des Dickenreglers für das Walzgerüst.EP-PS 0170016 includes a method and a device for compensating for the influence of roller eccentricities in the prior art, according to which an interference signal is filtered out from the actual value of the rolling force, the roller pitch and the stand spring constant with the aid of the backup roller speed and is simulated via oscillators. The simulated interference signal is used to control the thickness controller for the roll stand.

Die Ursachen für Exzentrizitäten liegen in Schleifungenauigkeiten der Walzen, ungleichförmigem Verschleiß, Druckschwankungen in den Lagern der Walzen, thermisch bedingte Exzentrizitäten und andere mehr. Alle diese Störungen können an jeder Walze des Gerüsts auftreten und überlagern sich, so daß sich sehr komplexe Störsignalverläufe ergeben, die sich nur mit erheblichem Aufwand an Oszillatoren einigermaßen genau nachbilden lassen. Hinzu kommt, daß die verwendeten Walzen unterschiedliche Durchmesser aufweisen, daher mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden, so daß ein durch die Stützwalzendrehzahl gesteuertes Filter nicht für alle Walzen optimal eingestellt werden kann. Damit lassen sich auch nach diesem Verfahren Exzentrizitäten nur unzureichend kompensieren.The causes of eccentricities lie in grinding inaccuracies of the rolls, non-uniform wear, pressure fluctuations in the bearings of the rolls, thermally induced eccentricities and others. All of these disturbances can occur on each roller of the stand and overlap, so that very complex disturbance signal profiles result which can only be simulated with some precision with considerable expenditure on oscillators. In addition, the rollers used have different diameters and are therefore operated at different speeds, so that a filter controlled by the backup roller speed cannot be optimally adjusted for all rollers. Eccentricities can therefore only be compensated for inadequately even with this method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dickenregelung von Walzband und zur Kompensation von Walzenexzentrizitäten aufzuzeigen, mit dem auch durch Überlagerung mehrerer Störeinflüsse entstandene komplexe Walzenexzentrizitäten exakt kompensiert werden können. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Walzenexzentrizitätskompensierung weiterzubilden.The invention is based on the object of demonstrating a method for regulating the thickness of rolled strip and for compensating for roller eccentricities, with which complex roller eccentricities resulting from superimposition of several interfering influences can be exactly compensated for. The invention lies further the object of further developing a device for carrying out the method for roller eccentricity compensation.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Weiterbildende Merkmale lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.This object is solved by the features of claims 1 and 5. Further features can be found in the subclaims.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

Figur 1

die schematische Darstellung eines Walzgerüsts mit Regeleinrichtungen,

Figur 2

die schematische Darstellung des Walzenexzentrizitäts-Kompensationskreises.

The invention is explained in more detail with reference to a drawing. Show

Figure 1

the schematic representation of a roll stand with control devices,

Figure 2

the schematic representation of the roller eccentricity compensation circuit.

In Fig. 1 ist ein Walzgerüst 1 schematisch dargestellt. Das Walzgerüst 1 weist einen Aufnehmer 2 für die Istwalzkraft F_i und einen Aufnehmer 3 für die Istanstellung S_i auf. Dem Walzgerüst 1 ist ein Aufnehmer 4 für die Istbanddicke h_i des auslaufenden Bandes nachgeschaltet. Der Gerüstmodul M ist durch eine Feder dargestellt. Dem Walzgerüst 1 ist eine Dickenregelung zugeordnet, die aus einem Monitorregelkreis 5, einem Gaugemeterregelkreis 6 und einem Positionsregelkreis 7 besteht. Zusätzlich ist ein Walzenexzentrizitäts-Kompensationsregelkreis 8 vorgesehen. Über eine Eingabeeinheit E läßt sich die Solldicke h_s des Bandes eingeben.In Fig. 1, a roll stand 1 is shown schematically. The rolling stand 1 has a sensor 2 for the actual rolling force F _i and a sensor 3 for the actual position S _i . The roll stand 1 is followed by a pick-up 4 for the actual strip thickness h _{i of} the strip that is running out. The scaffolding module M is represented by a spring. A thickness control system is assigned to the roll stand 1, which consists of a monitor control circuit 5, a gauge control circuit 6 and a position control circuit 7. In addition, a roller eccentricity compensation control loop 8 is provided. The nominal thickness h _{s of} the strip can be entered via an input unit E.

Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau des Walzenexzentrizitäts-Kompensationskreises 8. Der Kompensationskreis 8 besitzt einen A/D-Wandler 9 am Eingang sowie einen D/A-Wandler 10 am Ausgang. Ein nichtlineares Filter 11 ist mit dem A/D-Wandler 9 gekoppelt. Gleichzeitig ist der Ausgang des Gaugemeterkreises 6, an dem ein Positionsvorgabewert S_AGC abgreifbar ist über ein Verzögerungsglied 17, das dem Positionsvorgabewert S_AGC das dynamische Verhalten des Positionsregelkreises 7 aufprägt, an das Filter 11 geschaltet. Der A/D-Wandler 9 arbeitet weiterhin auf einen Negierer 12, der mit einem Addierer 13 verbunden ist. Auch der Ausgang des Filters 11 ist auf den Addierer 13 geschaltet. Der Ausgang des Addierers 13 ist mit einem Identifikationsglied 14 gekoppelt, das wiederum auf ein Rechenglied 15 zur Berechnung von Reglerparametern arbeitet. Die Ausgänge des Schaltkreises 15 und des Addierers 13 sind mit einem Regler 16 verbunden. Der Ausgang des Reglers 16 ist über den Begrenzer 18 und das Filter 19 einerseits auf das Identifikationsglied 14 und andererseits auf den D/A-Wandler 10 geführt.Fig. 2 shows the schematic structure of the roller eccentricity compensation circuit 8. The compensation circuit 8 has an A / D converter 9 at the input and a D / A converter 10 at the output. A non-linear filter 11 is coupled to the A / D converter 9. At the same time is the output of the gaugemeter circuit 6, at which a position preset value S _{AGC can be} tapped, connected to the filter 11 via a delay element 17, which imprints the position preset value S _{AGC on} the dynamic behavior of the position control loop 7. The A / D converter 9 continues to operate on a negator 12 which is connected to an adder 13. The output of the filter 11 is also connected to the adder 13. The output of the adder 13 is coupled to an identification element 14, which in turn works on a computing element 15 for calculating controller parameters. The outputs of the circuit 15 and the adder 13 are connected to a controller 16. The output of the controller 16 is routed via the limiter 18 and the filter 19 on the one hand to the identification element 14 and on the other hand to the D / A converter 10.

Im folgenden wird die Funktion des Kompensationsregelkreises 8 beschrieben.
Der Kompensationsregelkreis 8 benötigt als Eingangssignale das Walzkraftsignal F_i sowie den vom Gaugemeterkreis 6 gebildeten Positionsvorgabewert S_AGC. Damit werden lediglich Signale benötigt, die bereits für die herkömmliche Dickenregelung zur Verfügung stehen, so daß zusätzliche Aufnehmer z.B. für die Drehzahl usw. nicht notwendig werden.The function of the compensation control loop 8 is described below.
The compensation control circuit 8 requires the rolling force signal F _i as input signals and the position setting value S _AGC formed by the gaugemeter circuit 6. This only requires signals that are already available for conventional thickness control, so that additional transducers, for example for the speed, etc., are not necessary.

Das analoge Walzkraft-Istsignal F_i wird im A/D-Wandler 9 digitalisiert und dem Filter 11 aufgeschaltet. Es handelt sich bei dem Filter 11 um ein nichtlineares Tiefpaßfilter. Um das Walzkraft-Istsignal gut zu glätten, d.h. das höherfrequente Störsignal abzutrennen, gleichzeitig aber auch schnell auf Amplitudenänderungen des Eingangssignals reagieren zu können, wird das Filter 11 vom Positionsvorgabewert S_AGC gesteuert, wobei gleichzeitig das dynamische Verhalten des Positionsregelkreises 7 berücksichtigt wird. Das am Ausgang des Filters anstehende Walzkraftsignal wird im Addierer 13 zum im Negierer 12 negierten Walzkraft-Istsignal F_i addiert. Am Ausgang des Addierers 13 steht somit das durch die Walzenexzentrizitäten verursachte Störsignal F_s an.The analog rolling force actual signal F _i is digitized in the A / D converter 9 and applied to the filter 11. The filter 11 is a non-linear low-pass filter. In order to smooth the actual rolling force signal well, ie to separate the higher-frequency interference signal, but at the same time to be able to react quickly to changes in the amplitude of the input signal, the filter 11 is controlled by the position setting value S _AGC , the dynamic behavior of the position control loop 7 being taken into account at the same time. The rolling force signal at the filter output is in the adder 13 added to the actual rolling force signal F _i negated in the negator 12. The interference signal F _s caused by the roller eccentricities is therefore present at the output of the adder 13.

Im Identifikationsglied 14 wird das dynamische Verhalten des Störsignals F_s identifiziert, d.h. die Z-Übertragungsfunktion des Störsignals F_s $$\frac{{\text{F}}_{\text{s}}\text{(Z)}}{{\text{S}}_{\text{k}}\text{(Z)}}\text{=}\frac{{\text{b}}_{\text{l}}{\text{Z}}^{\text{-l}}{\text{+ ... b}}_{\text{n}}{\text{Z}}^{\text{-n}}}{{\text{l + a}}_{\text{l}}{\text{Z}}^{\text{-l}}{\text{+ ... a}}_{\text{m}}{\text{Z}}^{\text{-m}}}$$

wird ermittelt.
Die unbekannten Parameter a_l-m, b_l-n werden dabei mit Hilfe eines rekursiven Parameterschätzverfahrens geschätzt.The dynamic behavior of the interference signal F _{s is} identified in the identification element 14, ie the Z transfer function of the interference signal F _s $$\frac{{\text{F}}_{\text{s}}\text{(Z)}}{{\text{S}}_{\text{k}}\text{(Z)}}\text{=}\frac{{\text{b}}_{\text{l}}{\text{Z.}}^{\text{-l}}{\text{+ ... b}}_{\text{n}}{\text{Z.}}^{\text{-n}}}{{\text{l + a}}_{\text{l}}{\text{Z.}}^{\text{-l}}{\text{+ ... a}}_{\text{m}}{\text{Z.}}^{\text{-m}}}$$

is determined.
The unknown parameters a _lm , b _ln are estimated using a recursive parameter estimation method.

Durch die vielen sich überlagernden Exzentrizitäten muß ein sehr komplexes Störsignal F_s nachgebildet werden, wodurch eine Differentialgleichung hoher Ordnung entstehen würde. Durch Vereinfachung läßt sich die Ordnung des Störsignals in dem Modell (1) ohne große Nachteile bei der Nachbildung erheblich reduzieren, so daß die Parameter des Signalmodells On-line geschätzt werden können. Durch die Vereinfachung muß die Abtastfrequenz erhöht werden; moderne Rechner werden jedoch diesen Anforderungen gerecht.Due to the many superimposed eccentricities, a very complex interference signal F _{s has to be} simulated, which would result in a high-order differential equation. By simplifying the order of the interference signal in the model (1) can be significantly reduced without major disadvantages in the simulation, so that the parameters of the signal model can be estimated on-line. Due to the simplification, the sampling frequency must be increased; however, modern computers meet these requirements.

Im Rechenglied 15 werden in Abhängigkeit von der ermittelten Störsignal-Übertragungsfunktion (1) und unter Zuhilfenahme eines Reglersyntheseverfahrens die Parameter des Reglers 16 berechnet. Damit wird der Regler 16 an das aktuelle Störsignalverhalten adaptiert, und es werden unter Berücksichtigung des gewünschten Regelkreisverhaltens und des ermittelten Störsignals F_s Kompensationssignale S_k erzeugt. Damit keine zu großen Amplituden des Kompensationssignals S_n, die die Dicke des Walzbandes nachteilig beeinflussen könnten, auf den Positionsregelkreis 7 geschaltet werden, wird das Kompensationssignal S_k im Begrenzer 18 auf festlegbare maximale Amplituden begrenzt. Zur Beruhigung des Reglerausgangs kann das Kompensationssignal S_k mit einem Filter 19 geglättet werden. Nach D/A-Wandlung wird das Kompensationssignal S_k zum Positionsvorgabewert S_AGC des Gaugemeterkreises 6 addiert. Das Kompensationssignal S_k wird gleichzeitig zum Identifikationskreis 14 rückgeführt.The parameters of the controller 16 are calculated in the arithmetic element 15 as a function of the interference signal transmission function (1) determined and with the aid of a controller synthesis method. The controller 16 is thus adapted to the current interference signal behavior, and compensation signals S _{k are} generated taking into account the desired control loop behavior and the determined interference signal F _s . So that there are no excessively large amplitudes of the compensation signal S _n which the If the thickness of the rolled strip could be adversely affected and switched to the position control loop 7, the compensation signal S _k in the limiter 18 is limited to definable maximum amplitudes. To calm the controller output, the compensation signal S _k can be smoothed with a filter 19. After D / A conversion, the compensation signal S _{k is added} to the position value S _{AGC of} the gaugemeter circuit 6. The compensation signal S _k is fed back to the identification circuit 14 at the same time.

BezugszeichenübersichtReference symbol overview

11

WalzgerüstMill stand

22nd

Aufnehmer F_i Sensor F _i

33rd

Aufnehmer S_i Sensor S _i

44th

Aufnehmer h_i Transducer h _i

55

Monitor-RegelkreisMonitor control loop

66

GagemeterkreisGagemeter circle

77

PositionsregelkreisPosition control loop

88th

Walzenexzentrizitäts-KompensationsregelkreisRoller eccentricity compensation control loop

99

A/D-WandlerA / D converter

1010th

DA-WandlerDA converter

1111

Filterfilter

1212th

NegiererNegator

1313

AddiererAdder

1414

IdentifikationsgliedIdentification link

1515

RechengliedComputing element

1616

ReglerRegulator

1717th

VerzögerngsgliedDecelerator

1818th

BegrenzerDelimiter

1919th

Filterfilter

Claims (8)

1. Method for the regulation of thickness of roll strip with use of the gauge metering process as well as for the compensation for disurbances caused by roll eccentricities, in which the magnitudes of the roll gap, roll force and stand module are taken into consideration, characterised by

   a) the separation of the disturbance signal (F_s), which is based on the eccentricity of rolls, from the actual roll force signal (F_i),

   b) the simulation of the thus obtained disturbance signal (F_s) by a model and determination of parameters for the transfer function of this model by means of the parameter identification method, wherein the disturbance signal (F_s) as well as the compensation signal (S_k), which is fed back, is subjected to the parameter identification,

   c) the subsequent calculation of the regulator parameter in dependence on the ascertained parameters of the transfer function of the disturbance signal model and with use of a regulator synthesising process,

   d) the ascertaining of the compensation signal (S_k) from the disturbance signal (F_s) and the corresponding regulator parameters in an adaptive regulator (16) for the compensation for the eccentricity disturbance.

   e) and the application of the compensation signal (S_k) to a position regulation circuit (7).
2. Method according to claim 1, characterised thereby that the disturbance signal (F_s) is filtered from the actual roll force signal (F_i) by way of a non-linear filter (11), which is controlled by the preset position value (S_agc) with consideration of the dynamic behaviour (delay element (17)) of the position regulating circuit (7) and that the disturbance signal (F_s) is ascertained by addition of the thus obtained roll force signal to the actual roll force signal (F_i)
3. Method according to claim 1 or 2, characterised thereby that the course of the disturbance signal is simulated on-line as transfer function in the course of the adaptive regulation by estimation of the parameter by means of a recursive parameter estimation process.
4. Method according to at least one of claims 1 to 3, characterised thereby that a position correction signal (S_k), which together with the preset position value (S_AGC) of the gauge metering circuit (6) is added to the target position value (S_soll), is produced on the basis of the disturbance signal (F_s) and of regulator parameters derived from the transfer function.
5. Method according to at least one of claims 1 to 4, characterised thereby that the position correction signal (S_k) can be limited in its amplitude and that high-frequency compensation signals can be smoothed by filtering the regulator output.
6. Device for carrying out the method according to at least one of claims 1 to 5, with a monitor regulating circuit (5), a gauge metering circuit (6), a position regulating circuit (7) as well as an eccentricity regulating circuit (8), characterised by a filter (11), which filters the disturbance signal (F_s) from the actual roll force signal (F_i) in dependence on the preset position value (S_AGC) of the gauge metering circuit (6), wherein a delay member (17) imposes the dynamic dehaviour of the position regulating circuit (7) on the preset position value (S_AGC), an adder (13) which adds the negative actual roll force signal (F_i) to the thus obtained roll force signal, an identification circuit (14) in which a parameter for the transfer function of a model simulating the course of the disturbance signal (F_s) is ascertained, a computing member (15) which derives the regulator parameter from the transfer function of the disturbance signal model, and an adaptive regulator (16) which produces a position correction signal (S_k) on the basis of its regulation structure, the regulator parameter and the disturbance signal (F_s) and the output of which together with the output of the gauge metering circuit (6) is connected to the position regulating circuit (7).
7. Device according to claim 6, characterised thereby that an analog-to-digital converter (9) is provided, which digitalises the actual roll force signal (F_i), and that a non-linear digital low-pass filter is used as filter (11).
8. Device according to claim 6 or 7, characterised thereby that a limiter (18) for the position correction signal (S_k) as well as a filter (19) are connected downstream of the adaptive regulator (16).

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