[发明专利]基于波函数的冷带轧机板厚控制有限频域前馈补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种厚度控制补偿技术领域，特别涉及一种冷带轧机板厚控制有限频域作用范围前馈补偿方法。 

背景技术

在金属板带材的轧制生产中，带材的纵向厚度精度(厚差)是其主要质量指标。 

轧制带材纵向厚度精度受到多种因素制约，其中入口带材厚度的波动会严重影响出口板厚的精度，因此，现代化冷带轧机普遍在入口侧安装测厚仪和带材速度测量装置，通过厚度前馈消除入口带材厚度波动对出口厚度的干扰。 

反馈和前馈是板带厚度控制的两个基本方式，由于冷带轧机的厚度反馈控制存在测量滞后，其控制效果大打折扣，特别是在来料厚度波动较大时，仅靠反馈控制难以保证出口板厚的高精度。前馈板厚控制根据来料厚度波动计算出需要调节的压下变动量以减弱其对出口板厚的扰动。前馈控制主要用于克服控制系统中存在检测滞后、板厚控制精度不高的弱点。单纯前馈板厚控制是开环的，在实际生产过程中单独使用前馈板厚控制很难满足工艺要求，因此常将前馈与反馈合成为前馈-反馈板厚控制系统。 

现有的冷轧带钢前馈板厚控制系统工作原理如图1所示，带钢入口厚度由入口测厚仪测得，入口速度由安装在入口测速辊上的编码器测得或安装昂贵的激光测速仪测得。在轧件尚未进入辊缝之前，用测厚仪预先测出来料厚度，并把它与设定来料厚度值相比较，得出来料厚度偏差，再计算出由此可能产生的轧出厚度偏差及为消除此偏差所需要的压下位移调节量，先存入一个缓冲器。当所测点到达辊缝时，从缓冲器取出其偏差的压下位移调节量，加到辊缝控制上。为保证对带材位置的准确跟踪，要考虑带材从入口测厚仪至辊缝的运行时间以及液压伺服系统的响应时间，使被控制点正好对应检测点。 

传统前馈板厚控制系统具有如下特征： 

特征1，以入口设定来料厚度作为厚度基准，以入口检测厚度与入口设定来料厚度之差作为来料厚差进行前馈补偿。 

特征2，入口厚度检测按带钢段来测量，即计算一定长度内所测量的带钢厚度的平均值。 

特征3，检测与控制之间的延时根据检测点到轧机辊缝的距离和带钢运行速度来计算。 

上述前馈板厚控制系统实现相对简单，能够在实际应用中一定程度上提高控制精度，但存在如下局限： 

局限1，未建立便于数学分析处理的完善的带钢轧制运动厚度数学模型； 

局限2，板厚控制系统中前馈与反馈的频域作用范围相互覆盖(即前馈与反馈的作用非正交)，前馈频域作用范围过大，限制了前馈补偿参数的优化(见图2)； 

局限3，前馈控制效果对补偿定位的精确性过于依赖，而实际应用中很难保证补偿定位的精确性，主要有如下两方面原因： 

(1)对带材位置精确跟踪要求对带材瞬时速度能精确测量，而实际工程中为了获得高精度的带材瞬时速度信号(如安装激光测速仪)则需要增加很大成本，况且轧制时产生的油雾也会给激光测速带来干扰。 

(2)作为轧机压下控制的液压伺服系统对于所跟随指令变化的幅值具有非线性，其伺服跟随响应时间具有不确定性。 

针对这些问题，现有相关的解决方法如下： 

针对局限1，利用动态数组对带钢段进行跟踪和延时。在前馈板厚计算机控制系统中采用一种动态数组的方法加以解决，数组包括两部分数据：板带厚度和速度，通过速度来对带钢进行跟踪。因为速度在时间域上的积分等于位移，故而可将机架前测厚仪到辊缝之间的带钢长度分为几段，然后测得每一个带钢段入口厚差的平均值，将其存入构造的移位寄存器中，移位寄存器采用“先进先出”的规则，当速 度积分等于带钢段距离时，向移位寄存器发出一个布尔值的指令，将最前端的带钢段厚差弹出，这样就可以准确地进行延时，进而达到较好的控制效果。 

针对局限2，取各带钢段的平均厚度经自学习后作为厚度基准或在系统中采用传递函数为Ts/(Ts+1)的前置滤波器，不输出信号中的直流分量。 

针对局限3，对前馈补偿量进行加权处理，减弱前馈补偿的强度，通过牺牲补偿的精确性以换取可靠性。 

利用动态数组对带钢段进行跟踪和延时虽然能较为准确地计算出辊缝处带钢的厚度，但它不是轧制过程带钢厚度跟踪的全息描述并且灵活性差，因此也使得对轧制过程带钢厚度的数学分析受到限制。上述措施在一定程度上减少了板厚控制系统中前馈与反馈频域作用范围相互重叠，但未给出确定前馈控制频域作用范围的方法，相关控制参数也不能在线修改，这使得在实际应用中无法对前馈滤波器进行优化设计而只能凭借经验采取保守的滤波器参数。减弱前馈补偿的强度虽然能降低对瞬时速度测量精确性的要求，但它是以牺牲补偿精确性为代价的。 

发明内容