一种高精度的冷轧机前馈厚度控制方法及系统

摘要

本发明提供一种高精度的冷轧机前馈厚度控制方法及系统，根据带钢入口厚差均值计算前馈AGC控制量，并进行动态平均，得到前馈AGC控制量动态平均值；进行压下速度测试，获取液压压下系统的压下速度与轧制力之间的关系；根据压下速度与轧制力之间的关系，获得道次轧制力设定值对应的压下速度，再根据前馈AGC控制量动态平均值计算出前馈AGC提前时间；求取前馈AGC提前时间对应的采样时间数，并采用修改后的同步传输模型传输前馈AGC控制量。本发明动态估计出前馈AGC的提前时间，使得控制量在适当的时机施加到带钢上去，解决了前馈AGC难以在恰当时间执行的问题，避免了执行时间错误造成的性能恶化，达到消除带钢入口厚差的目的，大大提高了前馈AGC的实用性。

说明书

技术领域

本发明涉及轧钢控制技术领域，尤其涉及一种高精度的冷轧机前馈厚度控制方法及系统。

背景技术

冷轧机的厚度控制系统一般包含有前馈、秒流量、监视三种厚度控制(AutomaticGauge Control)方式。其中前馈AGC在轧制过程尚未进行之前就使用入口测厚仪预先测定带钢入口厚差，然后预先估计出可能产生的轧出厚度误差，从而计算出为消除此厚差所需的辊缝调节量施加到液压压下系统上。这样可以减小带钢入口厚度误差，提高整个厚度控制的精度。

在入口测厚仪测量到入口厚差后可以立刻计算出前馈AGC控制量，但由于入口测厚仪距离轧机辊缝处有一段距离，不能把控制量立刻施加给液压压下系统，因此需要采用同步传输模型(发明专利，公开号CN102380515B)，即可以实现等入口测厚仪下的带钢段运行到轧机辊缝处再将其对应的控制量施加到液压压下系统上去，这样AGC控制量可以在较为合适的时机执行。

然而这样做仍然达不到高精度的要求，因为液压压下系统需要时间去执行，还有测厚仪测量过程中发生的延时，实际现场中这些延时加起来一般有几十ms，有时超过100ms，这么大的延时会使得前馈AGC控制量在错误的时间施加到带钢上去，很可能造成前馈AGC性能恶化，甚至是反作用，即不投入前馈AGC的时候反而厚度控制的精度更高，以至于有的钢厂不得不禁用前馈AGC。更好的一个方法是设置一个固定的提前时间，即不等到带钢段运行到轧机辊缝处而是在到达辊缝之前一段时间就将控制量输出给液压压下系统，比如这个提前时间设置为100ms，那么就在带钢到达辊缝之前100ms将控制量输出。这种方法可以部分解决问题，但是液压压下系统的执行时间是一个不断变化的值，跟控制量的大小和液压压下速度有关，采用固定提前时间的方法无法跟随实际情况而变化，控制量仍然可能是在错误的时间执行。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高精度的冷轧机前馈厚度控制方法及系统，可以动态估计出前馈AGC的提前时间，使得控制量在适当的时机施加到带钢上去，达到消除带钢入口厚差的目的。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种高精度的冷轧机前馈厚度控制方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、根据带钢入口厚差均值计算前馈AGC控制量，并进行动态平均，得到前馈AGC控制量动态平均值；

S2、进行压下速度测试，获取液压压下系统的压下速度与轧制力之间的关系；

S3、根据压下速度与轧制力之间的关系，获得道次轧制力设定值对应的压下速度，再根据前馈AGC控制量动态平均值计算出前馈AGC提前时间；

S4、求取前馈AGC提前时间对应的采样时间数，并修改同步传输模型中的采样时间数，再采用修改后的同步传输模型传输前馈AGC控制量。

按上述方法，所述的S1具体为：

求取若干次入口厚差均值；

根据入口厚差均值计算前馈AGC的辊缝调节量；

使用动态平均模块求取1m长度带钢上的控制量均值，作为前馈AGC控制量动态平均值。

按上述方法，所述的S2具体为：

控制液压缸闭合辊缝至接触轧制力；完成液压压下速度测试的准备工作；控制液压缸闭合辊缝至最大允许轧制力；记录下液压缸压下速度和轧制力的变化情况，以轧制力为自变量、压下速度为因变量，得到液压压下系统的压下速度-轧制力曲线；

继续控制液压缸打开辊缝至接触轧制力；然后结束压下速度测试。

按上述方法，所述的S3具体为：

根据道次轧制力设定值确定对应的压下速度；对得到的压下系统的压下速度-轧制力曲线，进行折线拟合处理，采用处理后的折线，寻找道次轧制力设定值对应的压下速度；

根据前馈AGC控制量动态平均值和液压压下速度确定前馈AGC提前时间。

按上述方法，所述的S4具体为：

使用前馈AGC提前时间除以采样时间并向上取整得到对应的采样时间数；

使用修改后同步传输模型传输前馈AGC控制量，使得前馈AGC控制量在对应带钢段到达辊缝之前一段时间输出，所述的一段时间即计算的前馈AGC提前时间。

一种高精度的冷轧机前馈厚度控制系统，其特征在于：它包括存储器，存储器中设有PLC程序供PLC控制器调用，以完成所述的高精度的冷轧机前馈厚度控制方法。

本发明的有益效果为：本发明首先根据带钢入口厚差计算出前馈AGC控制量并加以动态平均，然后进行轧机液压压下测试确定液压压下系统的压下速度与轧制力之间的关系；具体使用时，根据上述关系找到每道次的轧制力设定值对应的压下速度值；依据对应的压下速度值和计算出来的前馈AGC控制量动态平均值计算出液压压下的响应时间，附加上测厚仪测量延时即可得到提前时间值，使用修改后的同步传输模型传输前馈AGC控制量，等液压压下系统执行完前馈AGC控制量的时候就恰好是相应带钢段运行到轧机辊缝处的时刻，动态估计出前馈AGC的提前时间，使得控制量在适当的时机施加到带钢上去，这样就解决了前馈AGC难以在恰当时间执行的问题，避免了执行时间错误造成的性能恶化，达到消除带钢入口厚差的目的，大大提高了前馈AGC的实用性。

附图说明

图1为单机架六辊可逆冷轧机系统及其主要检测仪表的示意图。

图2为液压压下速度-轧制力曲线例图。

图3为本发明一实施例的方法流程图。

图中：1-第一卷取机，2-第一转向辊，3-第一X射线测厚仪，4-线性位移传感器，5-带钢，6-轧制力测量元件，7-液压缸，8-轧机，9-PLC控制器，10-第二X射线测厚仪，11-第二转向辊，12-第二卷取机。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

图1为一个单机架六辊可逆冷轧机系统及其主要检测仪表的示意图，带钢5从第一卷取机1上卷出，通过第一转向辊2到达轧机8进行轧制，然后通过第二转向辊11，卷到第二卷取机12上。本道次轧制完成后，反向轧制下一个道次，这样来回轧制若干个道次直到达到成品要求。轧机的轧制力由液压缸7提供，液压缸上面安装有线性位移传感器4，可以测量液压缸动作的行程和压下速度，轧制力测量元件6可以测量出液压缸提供的轧制力。轧机两侧分别安装有第一X射线测厚仪3和第二X射线测厚仪10，可以测量带钢的入口厚度和出口厚度(从左往右轧制时第一X射线测厚仪3测量入口厚度，第二X射线测厚仪10测量出口厚度，反向时第二X射线测厚仪10测量入口厚度，第一X射线测厚仪3测量出口厚度)。所有检测仪表的测量数据都通往PLC控制器9，轧机电气控制的功能都通过编写程序在PLC控制器9中完成。液压压下控制模式通常分为轧制力控制模式(控制轧制力)和位置控制模式(控制液压缸行程)，两种方式可以任意切换，一般在进行液压压下系统测试时采用轧制力控制模式，而在正常轧制的时候采用位置控制模式。

本发明提供一种高精度的冷轧机前馈厚度控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、根据带钢入口厚差均值计算前馈AGC控制量并进行动态平均。

S1具体为：

S101，求取若干次入口厚差均值；

轧制时不断采样带钢入口厚差，求取当前时刻和若干次前面时刻采样的入口厚差值的平均值，设共求取N1次入口厚差值的平均值，限定N1≤5，得到入口厚差均值

S102，根据入口厚差均值计算前馈AGC的辊缝调节量；

以下式计算前馈AGC的辊缝调节量ΔS_FF：

式中，C_M为带钢的塑性系数，K_S为轧机的刚度系数。

S103，求取前馈AGC控制量的动态平均值；

动态平均模块(中国发明专利CN102366757B)可以在带钢速度任意变化的情况下，精确求取一段长度带钢上的控制量的动态平均值。在本实施例中使用动态平均模块对前馈AGC控制量在1m带钢长度上进行动态平均，即在轧制过程中，轧机入口带钢运行1m长度所需要的时间可以分为若干个采样周期(本实施例中PLC的采样周期为4ms)，那么将这些采样周期内计算的前馈AGC控制量做一个平均，并且这个平均值求取是不断动态进行的，在下一个采样时刻，最早存入寄存器的控制量被丢弃，将最新计算的控制量加进来，再次计算平均值，这样不断动态求取带钢1m长度上的控制量均值。设计算得到的带钢运行1m长度上的前馈AGC控制量平均值为

S2、进行压下速度测试，获取液压压下系统的压下速度-轧制力曲线。

图2为一个典型的液压缸压下速度-轧制力曲线例图，从图中可以看出，压下速度与轧制力之间是一种非线性的关系，随着轧制力的增大压下速度逐渐减小。

S2具体为：

S201，控制液压缸闭合辊缝至接触轧制力。

冷轧机热辊后，在轧制力控制模式下控制轧机液压缸闭合辊缝，使得上下工作辊压靠在一起并开始产生轧制力，直到总轧制力到达接触轧制力(接触轧制力的值可在程序中设置，例如可设置为200吨)。

S202，完成液压压下速度测试的准备工作。

为防止压下速度测试对机组设备造成损伤，需要做好一些准备工作。具体包括：启动机架冷却系统，启动轧机传动，以热辊速度转动轧辊，启动窜辊和弯辊控制器，将轧辊窜辊位置和弯辊力控制到校准值(即轧机校准时弯辊力和窜辊位置的设定值)。

S203，控制液压缸闭合辊缝至最大允许轧制力。

在轧制力控制模式下控制轧机液压缸闭合辊缝，直到达到最大允许轧制力(根据实际机组设备情况设置，例如可设置为2000吨)，记录下液压缸压下速度和轧制力的变化情况，以轧制力为自变量、压下速度为因变量，得到压下速度-轧制力曲线。

S204，继续控制液压缸打开辊缝至接触轧制力，然后结束压下速度测试。

在轧制力控制模式下控制轧机液压缸打开辊缝，直到达到接触轧制力，然后停止传动，停止机架冷却系统，在位置控制模式下打开辊缝至10mm，测试结束。

S3、根据道次轧制力设定值确定对应的压下速度，再根据前馈AGC控制量动态平均值计算出前馈AGC提前时间。

S3具体为：

S301，根据轧制力设定值确定对应的压下速度；

轧机二级控制系统在轧制道次开始前会计算出本道次在高速和低速情况下的轧制力设定值，根据这两个轧制力设定值从压下速度-轧制力曲线中计算得到对应的压下速度值。为便于PLC处理，采用折线近似模拟该曲线，即在压下速度-轧制力曲线上分别等间距的取若干个点，将这些点用直线连接在一起组成折线，将折线预存于PLC中，从而可以根据轧制力设定值找到折线上相对应的点，即对应的压下速度值。

举例来说，在本实施例中，曲线上的轧制力范围为200吨～2000吨，每条曲线上如果以100吨为间距取点就可以得到19个点，将这19个点用直线连接在一起，即通过线性插值的方法得到中间值，这样就可以根据轧制力设定值计算出对应的压下速度值。例如，若本道次高速情况下的轧制力设定值为1220吨，低速情况下的轧制力设定值为960吨，那么其对应的压下速度值为：

S302，根据前馈AGC控制量均值和液压压下速度确定前馈AGC的提前时间。

前馈AGC的提前时间主要包括液压压下响应时间和测厚仪测量延时两部分，其中测厚仪测量延时基本固定，在本实施例中设置为10ms，而液压压下响应时间同控制量大小和液压压下速度相关，前面步骤中已得到前馈AGC控制量动态平均值和本道次高速和低速情况下的液压压下速度，即可计算得到液压压下响应时间。理论上可以计算出每个采样时刻控制量的响应时间，但是实际使用时提前时间不宜频繁和剧烈地变化，会影响前馈AGC控制的稳定性，因此本发明在步骤S103中特别使用了动态平均模块，以平滑AGC控制量，进而使得计算出来的提前时间更为平滑。

在本实施例中，设当前已经处于高速稳定轧制阶段，那么液压压下速度使用V(1220)的值，那么提前时间可按下式计算：

式中，abs表示取绝对值，10ms为测厚仪测量延时。

若处于低速轧制阶段则应使用V(960)的值，代入上式即可得到提前时间。

S4、求取提前时间对应的采样时间数并使用修改后同步传输模型传输前馈AGC控制量。

S4具体为：

S401，求取提前时间对应的采样时间数；

提前时间除以采样时间并向上取整得到对应的采样时间数N_lead，例如在本实施例中，设计算的提前时间为63ms，那么N_lead＝16。

S402，使用修改后同步传输模型传输前馈AGC控制量。

同步传输模型及其方法(中国发明专利CN102380515B)可以在带钢速度任意变化情况下，精确跟踪带钢一段传输距离。例如在本实施例中，由于入口测厚仪同轧机辊缝之间有一段距离，在不考虑提前时间的前提下，计算出来的前馈AGC控制量需要等相应的带钢段运行到轧机辊缝处才能施加上去，这时就可以使用同步传输模型跟踪带钢段从入口测厚仪传输到轧机辊缝处才将计算出来的AGC控制量输出。

然而由于提前时间的存在，需要在同步传输模型的基础上稍加改变才能适用于本发明的情况。同步传输模型使用了三个移位寄存器同步传输带钢段，第一个寄存器存储带钢段的控制量值，第二个寄存器存储带钢段的长度，第三个寄存器存储带钢段走过的总长度，当第三寄存器中某个元素的值超过指定长度即表示该带钢段已经传输了相应的距离，此时就应该将第一寄存器中相对应的控制量值输出。在此稍加改变，因为提前时间的存在，不能等到带钢段传输完指定长度，而是要提前N_lead个采样周期。

举例来说，设入口测厚仪与轧机辊缝的距离为L，使用同步传输模型跟踪带钢段，设第三移位寄存器中第N个元素超过了L，第N-1个元素小于L，本来此时要将第一移位寄存器的第N个元素输出，但现在是将第一移位寄存器的第(N-N_lead)个元素输出。

经过上述步骤，最终PLC直接将修改后同步传输模型输出的前馈AGC控制量输出到液压压下系统，等液压压下系统执行完前馈AGC控制量的时候就恰好是相应带钢段运行到轧机辊缝处的时刻，这样就解决了前馈AGC难以在恰当时间执行的问题，避免了执行时间错误造成的性能恶化，大大提高了前馈AGC的实用性。

本发明还提供一种高精度的冷轧机前馈厚度控制系统，包括存储器，存储器中设有PLC程序供PLC控制器调用，以完成所述的高精度的冷轧机前馈厚度控制方法。

要理解本文所述的实施例可以由硬件、软件、固件、中间件、微代码或其任意组合来实现。对于硬件实现方式，处理单元可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微处理器、微控制器、被设计以执行本文所述功能的其它电子单元、或其组合内实现。当以软件、固件、中间件或微代码、程序代码或代码段来实现实施例时，可以将它们存储在诸如存储组件的机器可读介质中。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。