20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法

摘要

20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，所述的倒角位置通过油缸行程位置体现，并可响应不同带宽、不同材质的带钢；并在此基础上进一步引入动态修正控制，在响应不同带钢的带宽、不同带钢材质的基础上实现对油缸行程位置的动态修正。本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，通过对一中间辊倒角的位置模型的设计。首先，有效防止了人工手动设定一中间窜动油缸的位置存在的不确定性；其次，实现对不同来料宽度变化和材质变化的动态响应，杜绝因来料宽度变化及材质变化造成的轧制断带现象；最后，引入模型自学习修正，降低由于一中间倒角油缸行程位置初始设定不准确而造成的断带现象。

说明书

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法。

背景技术

目前，世界上轧制取向硅钢、高牌号无取向硅钢、不锈钢、特殊钢、高强钢以及极薄带材等产品主要采用了20辊单机架轧机进行轧制，即利用一个机架多轧辊进行来回往复轧制。

单机架轧机控制板型的主要手段为一中间辊的窜动，通过一中间辊两侧的倒角进行控制，目前普遍使用的一中间倒角形式为：通过一中间辊倒角在带钢边部的相对位置，进而控制边部带钢的厚度和板型。一中间辊的窜动通过连接传动侧的油缸动作，上一中间辊倒角布置在中间辊操作侧，控制带钢操作侧边部板型，下一中间辊倒角布置在中间辊传动侧，控制带钢传动侧边部板型。

一中间倒角位置对于带钢板型的控制至关重要，尤其是单机架轧机采取往复轧制时，必须对一中间倒角进行提前设定。如果一中间倒角位置与设定过大，即带钢边部与一中间倒角的距离过大，则带钢边部绷紧，易出现崩断；如果一中间倒角位置与设定过小，即带钢边部与一中间倒角的距离过小，则带钢边部过松，易出现翻浪断带，故启动一中间倒角的位置对于轧制稳定性至关重要。

由于轧制带钢宽度的变化，以及钢种的切换，对于一中间倒角的位置需要进行调整，目前普遍采用手动调整的方式进行控制，但存在非常大的误差，且对人员的经验要求非常高，无法满足稳定的要求。

申请号为“201210020839.2”的中国发明申请，公开了“一种冷轧带钢板形前馈控制系统”，包括：轧制力变化量计算模块，用于计算出当前相邻控制周期间的轧制力变化量；控制参数修正模块，用于对控制参数进行自学习修正，得到本次自学习修正后的单位轧制力变化量所引起板形变化量；调节量计算模块，用于计算出轧机工作辊最优弯辊调节量和中间辊最优弯辊调节量；弯辊前馈控制执行模块，与所述调节量计算模块，用于根据所属轧机工作辊最优弯辊调节量和中间辊最优弯辊调节量对工作辊、中间辊两种弯辊装置进行调整。能够实现以最优工作辊和中间辊弯辊调节量来对在冷轧带钢轧制过程中，由于轧制力频繁波动造成的板形质量变坏问题的有效控制。

中国会议期刊，第八届中国钢铁年会论文集中记载的“不锈钢板带多辊冷轧机中间辊窜动装置的设计分析及优化”介绍和分析了目前广泛使用的森吉米尔二十辊轧机、四立柱二十辊轧机及十二辊轧机多辊不锈钢带钢冷轧机的中间辊轴向窜动装置结构特点，重点对森氏轧机中间辊窜动装置的工作力学特点进行分析和计算，指出结构上存在的设计缺陷和隐患并提出了改进措施。

发明内容

为解决以上问题，控制带钢边部板形，本发明首先从窜动量角度出发，建立可响应不同带钢带宽及不同带钢材质的油缸行程位置控制，并在此基础上进一步引入动态修正控制，在响应不同带钢的带宽、不同带钢材质的基础上实现对油缸行程位置的动态修正。其技术方案具体如下：

20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

所述的倒角位置通过油缸行程位置体现，并可响应不同带宽、不同材质的带钢，具体方法如下：

A1：根据数学几何关系及物理位移关系，建立油缸行程位置T_X关于带钢带宽L_X及倒角距带钢边部的距离S的函数关系；

A2：通过变形抗力σP表征不同材质的带钢，并建立带钢最边部相对一中间倒角的深度h关于变形抗力σP的函数关系；

A3：通过倒角距带钢边部的距离S与带钢最边部相对一中间倒角的深度h的映射关系，经A1及A2的函数关系转换，建立油缸行程位置T_X与变形抗力σP的函数关系；从而最终建立油缸行程位置T_X关于带钢带宽L_X及变形抗力σP的函数关系，其中，L_X、σP为自变量，T_X为因变量。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

所述控制的步骤如下：

S1：检测计算来料带钢的带宽L_X、来料带钢的变形抗力σP，并将检测计算值下发至过程控制机；

S2：过程控制机根据接受的当前来料带钢的带宽L_X值及当前来料带钢的变形抗力σP，通过建立的数学模型计算得出油缸行程位置T_X，并将油缸行程位置T_X下发至基础自动化控制机；

S3：基础自动化控制机根据接受到的油缸行程位置T_X，下发动作指令至相应动作执行端。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

所述油缸行程位置T_X关于带钢带宽L_X及倒角距带钢边部的距离S的函数关系具体为：其中，

K₀：轧机中心位置距一中间最边部的距离，单位mm；

L：一中间倒角的长度，单位mm；

L_X：带钢宽度，单位mm；

S：倒角距带钢边部的距离，单位mm；

T_O：一中间窜动油缸的总行程，单位mm；

T_X：油缸行程位置，单位mm。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

所述带钢最边部相对一中间倒角的深度h关于变形抗力σP的函数关系具体为：

其中，

h：带钢最边部相对一中间倒角的深度，单位mm；

a₀：自适应修正系数；

a₁：轧机刚度影响系数；

a₂：轧辊刚度影响系数；

σP：带钢的变形抗力，单位MPa。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

所述倒角距带钢边部的距离S与带钢最边部相对一中间倒角的深度h的映射关系具体为：其中，

H：一中间倒角的深度，单位mm；

L：一中间倒角的长度，单位mm；

h：带钢最边部相对一中间倒角的深度，单位mm；

S：倒角距带钢边部的距离，单位mm。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

将整个控制系统引入动态修正控制，在响应不同带钢的带宽、不同带钢材质的基础上实现对油缸行程位置的动态修正；引入动态修正控制后的控制步骤如下：

SA1：检测计算来料带钢的带宽L_X、来料带钢的变形抗力σP，并将检测计算值下发至过程控制机；

SA2：过程控制机根据接受的当前来料带钢的带宽L_X值及当前来料带钢的变形抗力σP，通过建立的数学模型计算得出油缸行程位置T_X，并将油缸行程位置T_X下发至基础自动化控制机；

SA3：基础自动化控制机根据接受到的油缸行程位置T_X，下发动作指令至相应动作执行端；

SA4：传感器将实时检测的油缸行程位置的实际值上传至基础自动化控制机，并由基础自动化控制机上传至过程控制机；

SA5：过程控制机将每次接收到的实际值与当前实际值之前一次的设定值进行比较，自动记录每次的比值；记录N次后，再将N次的比值求平均值，将此平均值下发至建立的数学模型，计算得出修正后的油缸行程位置T_X，并将修正后的油缸行程位置T_X下发至基础自动化控制机；

SA6：基础自动化控制机根据接受到的修正后的油缸行程位置T_X，下发动作指令至相应动作执行端，完成第一次修正。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

所述的N为7—9。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

根据需修正的次数，重复步骤SA4至SA6。

根据本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，其特征在于：

所述的a₀为N个油缸行程实际值与设定值比值的平均值。

本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法；建立了适用于所有具有倒角一中间轧辊的轧机模型设定，实现人工零干预。通过对一中间辊倒角的位置模型的设计，充分考虑到来料宽度变化、来料材质变化以及相关特性对轧制的稳定性的影响，以轧制稳定通板所需要的边部板形为出发点，实现了一中间窜动油缸位置的动态设定。首先，有效防止了人工手动设定一中间窜动油缸的位置存在的不确定性；其次，实现对不同来料宽度变化和材质变化的动态响应，杜绝因来料宽度变化及材质变化造成的轧制断带现象；最后，引入模型自学习修正，降低由于一中间倒角油缸行程位置初始设定不准确而造成的断带现象。

附图说明

图1为本发明中的一中间倒角与带钢边部关系示意图；

图2为本发明中的数学关系建模流程示意图；

图3为本发明中未引入动态修正控制前的过程控制流程图；

图4为本发明中引入动态修正控制前的过程控制流程图；

图5为本发明中实施例1的实施效果图；

图6为本发明中实施例2的实施效果图。

图中；

K₀：为轧机中心位置距一中间最边部的距离；

L：为一中间倒角的长度；

L_X：为带钢宽度；

S：为倒角距带钢边部的距离；

H：为一中间倒角的深度；

h：为带钢最边部相对一中间倒角的深度。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法作进一步具体说明。

如图1、2所示的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法，所述的倒角位置通过油缸行程位置体现，并可响应不同带宽、不同材质的带钢，具体方法如下：

A1：根据数学几何关系及物理位移关系，建立油缸行程位置T_X关于带钢带宽L_X及倒角距带钢边部的距离S的函数关系；

A2：通过变形抗力σP表征不同材质的带钢，并建立带钢最边部相对一中间倒角的深度h关于变形抗力σP的函数关系；

A3：通过倒角距带钢边部的距离S与带钢最边部相对一中间倒角的深度h的映射关系，经A1及A2的函数关系转换，建立油缸行程位置T_X与变形抗力σP的函数关系；从而最终建立油缸行程位置T_X关于带钢带宽L_X及变形抗力σP的函数关系，其中，L_X、σP为自变量，T_X为因变量。

其中，如图3所示，所述控制的步骤如下：

S1：检测计算来料带钢的带宽L_X、来料带钢的变形抗力σP，并将检测计算值下发至过程控制机；

S2：过程控制机根据接受的当前来料带钢的带宽L_X值及当前来料带钢的变形抗力σP，通过建立的数学模型计算得出油缸行程位置T_X，并将油缸行程位置T_X下发至基础自动化控制机；

S3：基础自动化控制机根据接受到的油缸行程位置T_X，下发动作指令至相应动作执行端。

其中，

所述油缸行程位置T_X关于带钢带宽L_X及倒角距带钢边部的距离S的函数关系具体为：其中，

K₀：轧机中心位置距一中间最边部的距离，单位mm；

L：一中间倒角的长度，单位mm；

L_X：带钢宽度，单位mm；

S：倒角距带钢边部的距离，单位mm；

T_O：一中间窜动油缸的总行程，单位mm；

T_X：油缸行程位置，单位mm。

其中，

所述带钢最边部相对一中间倒角的深度h关于变形抗力σP的函数关系具体为：

其中，

h：带钢最边部相对一中间倒角的深度，单位mm；

a₀：自适应修正系数；

a₁：轧机刚度影响系数；

a₂：轧辊刚度影响系数；

σP：带钢的变形抗力，单位MPa。

其中，

所述倒角距带钢边部的距离S与带钢最边部相对一中间倒角的深度h的映射关系具体为：其中，

H：一中间倒角的深度，单位mm；

L：一中间倒角的长度，单位mm；

h：带钢最边部相对一中间倒角的深度，单位mm；

S：倒角距带钢边部的距离，单位mm。

其中，如图4所示，

将整个控制系统引入动态修正控制，在响应不同带钢的带宽、不同带钢材质的基础上实现对油缸行程位置的动态修正；引入动态修正控制后的控制步骤如下：

SA1：检测计算来料带钢的带宽L_X、来料带钢的变形抗力σP，并将检测计算值下发至过程控制机；

SA2：过程控制机根据接受的当前来料带钢的带宽L_X值及当前来料带钢的变形抗力σP，通过建立的数学模型计算得出油缸行程位置T_X，并将油缸行程位置T_X下发至基础自动化控制机；

SA3：基础自动化控制机根据接受到的油缸行程位置T_X，下发动作指令至相应动作执行端；

SA4：传感器将实时检测的油缸行程位置的实际值上传至基础自动化控制机，并由基础自动化控制机上传至过程控制机；

SA5：过程控制机将每次接收到的实际值与当前实际值之前一次的设定值进行比较，自动记录每次的比值；记录N次后，再将N次的比值求平均值，将此平均值下发至建立的数学模型，计算得出修正后的油缸行程位置T_X，并将修正后的油缸行程位置T_X下发至基础自动化控制机；

SA6：基础自动化控制机根据接受到的修正后的油缸行程位置T_X，下发动作指令至相应动作执行端，完成第一次修正。

其中，

所述的N为7—9。

其中，

根据需修正的次数，重复步骤SA4至SA6。

其中，

所述的a₀为N个油缸行程实际值与设定值比值的平均值。

工作原理：

1、如图1所示，控制带钢边部板形的关键在于带钢边部相对于一中间位置时，倒角对应的深度，故需建立一中间倒角与带钢之间的相对关系，当一中间窜动油缸处于初始位置时，则有如下关系：

K₀-L＝Lx/2-S(1)

H/L＝h/S(2)

其中：

S：倒角距带钢边部的距离，单位mm；

L：一中间倒角的长度，单位mm；

H：一中间倒角的深度，单位mm；

Lx：带钢宽度，单位mm；

K₀：轧机中心位置距一中间最边部的距离，单位mm；

h：带钢最边部相对一中间倒角的深度，单位mm。

2、由于倒角距离带钢边部的距离S主要通过一中间窜动油缸进行窜动改变，进而调节带钢边部相对一中间倒角的深度h，故油缸位置与S之间关系如下：

K₀-L＝Lx/2-S+(To-Tx)(3)

其中：

To：一中间窜动油缸的总行程，单位mm；

Tx：一中间油缸行程位置(即油缸设定位置)，单位mm。

3、由于钢种材质的特性，材质不同，则变形抗力不同，但对于边部板型的稳定性的要求是一致的，边部板型I值与一中间倒角相对深度h和材质的变形抗力σp有非常大的关系。边部板型I值过大，则易翻浪断带，过小则易崩断。为保证轧制稳定，边部I值一般固定，在边部I值一定的情况下，则建立变形抗力σp与一中间倒角相对深度h如下关系：

h＝a₀*a₁*a₂*0.25*(σp/500)²(4)

其中：

a₀：为自适应修正系数，一般取值0.98-1.02，亦可由计算机进行动态计算修正；

a₁：为轧机刚度影响系数，一般取值0.98-1.05；

a₂：为轧辊刚度影响系数，一般取值0.95-1.05；

σp：为带钢的变形抗力，单位MPa，可通过实验室进行拉伸试验取得。

在边部I值一定的基础上，即以边部适合的I值为出发点，结合钢种的特性，根据(2)、(3)和(4)建立一中间油缸预设定行程位置Tx与带钢宽度和钢种变形抗力σp的关系，如下所示：

Tx＝T₀+L+0.5*Lx-K₀-a₀*a₁*a₂*0.25*(σp/500)²*L/H(5)

其中：

Tx：一中间油缸行程位置(即油缸设定位置)，单位mm；

To：一中间窜动油缸的总行程，单位mm；

L：一中间倒角的长度，单位mm；

Lx：带钢宽度，单位mm；

K₀：轧机中心位置距一中间最边部的距离，单位mm；

a₀：为自适应修正系数，一般取值0.98-1.02，亦可由计算机进行动态计算修正；

a₁：为轧机刚度影响系数，一般取值0.98-1.05；

a₂：为轧辊刚度影响系数，一般取值0.95-1.05；

σp：为带钢的变形抗力，单位MPa，可通过实验室进行拉伸试验取得；

H：一中间倒角的深度，单位mm。

故在计算机控制系统中，设定以上控制模型，通过不同材质特性，根据宽度变化进行动态调整一中间倒角的位置，达到自动设定的目的，同时为保证系统的稳定性，通过模型自学习功能，对控制模型进行不断的修正完善，可确保系统的稳定。

实施例

本发明已在某钢厂单机架二十辊轧机上进行使用，轧制高牌号硅钢产品，此单机架轧机一中间窜动油缸的总行程To为170mm，轧机中心位置距一中间最边部的距离K₀为835mm。

具体实施例如下：

1、使用倒角长度为300mm，深度为0.44mm的一中间辊，轧制宽度为1200mm，变形抗力为510Mpa的产品，刚度影响系数为1.02，轧辊刚度影响系数为1.03；则轧制前一中间辊油缸初始设定位置为48.69，可保证边部板型I值获得如图5的稳定板型。

2、使用倒角长度为375mm，深度为0.67mm的一中间辊，轧制宽度为1000mm，变形抗力为400Mpa的产品，刚度影响系数为1.02，轧辊刚度影响系数为1.03；则轧制前一中间辊油缸初始设定位置为115.92，可保证边部板型I值获得如图6的稳定板型。

本发明的20辊轧机中间辊倒角位置动态模型控制方法；建立了适用于所有具有倒角一中间轧辊的轧机模型设定，实现人工零干预。通过对一中间辊倒角的位置模型的设计，充分考虑到来料宽度变化、来料材质变化以及相关特性对轧制的稳定性的影响，以轧制稳定通板所需要的边部板形为出发点，实现了一中间窜动油缸位置的动态设定。首先，有效防止了人工手动设定一中间窜动油缸的位置存在的不确定性；其次，实现对不同来料宽度变化和材质变化的动态响应，杜绝因来料宽度变化及材质变化造成的轧制断带现象；最后，引入模型自学习修正，降低由于一中间倒角油缸行程位置初始设定不准确而造成的断带现象。