[发明专利]张减机壁厚前馈结合反馈控制方法

摘要

本发明涉及一种无缝钢管张力减径过程的壁厚控制方法，尤其涉及一种基于来料荒管壁厚偏差和张减成品管壁偏差的无缝钢管张减过程壁厚前馈结合反馈自适应控制方法。本发明是在无缝钢管的张减轧制过程中，首先，根据张减机出口处的测厚仪在线测量得到的张减成品管壁厚数据，修正各轧辊的轧制转速，以克服由于不良的生产状况和模型失配造成的壁厚偏差；然后，以上述轧制转速为基础，比较已轧制钢管的荒管与来料荒管的壁厚差异，依据壁厚分布规律，得到反馈与前馈结合的新的各轧辊的转速分布的自适应调整方法。从而避免由来料荒管壁厚偏差和环境干扰所造成的张减成品钢管壁厚偏差，实现钢管壁厚和控制的目标壁厚的一致性。

主权项

1.一种张减机壁厚前馈结合反馈控制方法，其包含以下步骤：步骤1、读取待轧钢管的相关标准工艺参数数据，由张减轧制表中读出待轧钢管的相关标准工艺参数数据，标准管坯重量Bd、标准连轧管长度Ld、标准连轧管外径D0 d、标准连轧管壁厚S0 d、标准成品管外径DN d、标准成品管壁厚SN d、张减机入口机架工作直径φ0 d、张减机出口机架工作直径φN d、张减机入口机架速度v0 d、标准张减机出口机架速度vN d、作用机架为m架时$v_N^d=v_m^d;$ 步骤2、读取在线测得钢管的相关实际工艺参数数据，在线实际测得管坯重量B、连轧管长度L、在线测厚仪测量的壁厚实测值SN k，各机架电机电流实测值和钢管头尾到达各机架的时间，各机架的入口机架速度v0 k、出口机架速度vN k；并设置实际的连轧管外径D0 k与理想连轧管外径D0 d一致，即$D_0^d=D_0^k;$ 步骤3、根据公式：$S_0^k=\frac{D_d-\sqrt{D_d^2-4C}}{2},$ 计算当前连轧管实际壁厚S0 k，其中：$D_d=D_0^d=D_0^k,$ $C=\frac{(D_0^d-S_0^d)S_0^d{L}_{d}B}{{\mathrm{LB}}_d};$ 步骤4、由体积不变规律，在稳定轧制状态下，对于理想数值和实际测得的数值有：$(D_0^d-S_0^d)S_0^d{\phi }_0^d{v}_0^d=(D_N^d-S_N^d)S_N^d{\phi }_N^d{v}_N^d---\left(1\right)$ $(D_0^k-S_0^k)S_0^k{\phi }_0^k{v}_0^k=(D_N^k-S_N^k)S_N^k{\phi }_N{v}_N^k---\left(2\right)$ $(D_0^{k+1}-S_0^{k+1})S_0^{k+1}{\phi }_0^{k+1}{v}_0^{k+1}=(D_N^{k+1}-S_N^{k+1})S_N^{k+1}{\phi }_N^{k+1}{v}_N^{k+1}---\left(3\right)$ 转速调整后，轧辊工作直径的变化不大，可得到：${\phi }_0^d\approx {\phi }_0^k\approx {\phi }_0^{k+1}---\left(4\right)$ ${\phi }_N^d\approx {\phi }_N^k\approx {\phi }_N^{k+1}---\left(5\right)$ 钢管的外径由轧机轧辊的孔型决定，可得到：$D_0^d\approx D_0^k\approx D_0^{k+1}---\left(6\right)$ $D_N^d\approx D_N^k\approx D_N^{k+1}---\left(7\right)$ 根据公式(1)、(2)、(3)结合(4)、(5)、(6)、(7)，以及保证成品钢管的壁厚SN k+1与目标壁厚SN d一致，即$S_N^{k+1}=S_N^d,$ 得到前馈结合反馈壁厚自适应控制的入口机架轧辊转速：$v_0^{k+1}=\frac{(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{(D_0^d-S_0^{k+1})S_0^{k+1}}\frac{(D_N^d-S_N^d)S_N^d}{(D_N^d-S_N^k)S_N^k}{v}_0^k---\left(8\right)$ 在壁厚前馈结合反馈自适应控制时，为了保证生产节奏，保持出口轧辊的转速不变，即$v_N^d=v_N^k;$ 另外，后面的精整机架主要参与钢管的整形，可保持它们的轧辊转速不变，而仅让张力升起机架和工作机架参与调速；假如让m-1个机架参与调速，即第m个机架的转速固定，$v_m^k=v_m^d;$ 按照线性扩展形式可以得到各参与调速的机架轧辊速度：$v_i^{k+1}=v_i^k+\frac{(v_m^d-v_i^d)}{(v_m^d-v_0^d)}(\frac{(D_0^d-S_0^k)S_0^k}{(D_0^d-S_0^{k+1})S_0^{k+1}}\frac{(D_N^d-S_N^d)S_N^d}{(D_N^d-S_N^k)S_N^k}-1)v_0^k---\left(9\right)$ 式中，vi k+1表示作用于下一根钢管的第i架机架的轧辊速度，i＝1，2...m-1，vi d、vm d、v0 d、D0 d、DN d、SN d都是轧制表初始设定的值，S0 k、S0 k+1表示当前根连轧壁厚和下一根要轧制钢管的连轧壁厚，SN k根据张减机后测厚仪实际测出来的当前根钢管的成品管壁厚，vi k、v0 ky表示当前轧制时用的张减机第i架和入口机架的轧辊速度；步骤5，在上位机上对张减机的算法进行运算和控制，上位机将信号传递给PLC，由PLC按设定的参数控制电机和轧辊转速；步骤6，张减机按照设定的轧辊转速进行轧制，上位机中的实绩收集模块实时收集钢管轧制的轧辊转速的实际值v0 k、vi k等参数并记录下来。