[发明专利]一种冷轧机工作辊弯辊超限的动态替代调节方法

摘要

一种冷轧机工作辊弯辊超限的动态替代调节方法，属于冷轧带钢技术领域。该方法按如下步骤进行：一、板形调控功效系数矩阵中的参数；二、确定用于实现替代调节的执行机构；三、计算各个板形调节机构的调节量；步骤四、制定两种替代工作辊弯辊控制模式；五、计算第一种替代模式下的工作辊弯辊、中间辊横移、中间辊弯辊、轧机倾斜调节机构的输出量；步骤六、计算第二种替代模式下的工作辊弯辊、中间辊横移、中间辊弯辊、轧机倾斜调节机构的输出量。本发明的优点：降低工作辊弯辊在轧制具有较大对称性板形缺陷带材时总处于满负荷状态的情况。计算精度高，通用性好、板形控制精度高、系统运行稳定性强的优点。

主权项

1.一种冷轧机工作辊弯辊超限的动态替代调节方法，其特征在于，按如下步骤进行：步骤一、记录至少5种带钢宽度规格，通过液压缸压力传感器记录至少5组轧制力参数，根据轧制力和带钢宽度确定板形调控功效系数矩阵中的参数，方法为：轧制力为横坐标，带钢宽度为纵坐标，在此坐标系下记录至少25组工作辊弯辊、中间辊弯辊、中间辊横移以及轧辊倾斜的调节量，并记录每种执行机构产生相应调节量后带钢的板形变化量，根据调节机构的调节量和导致带钢产生的板形变化量求解每个横坐标与纵坐标交点处的板形调节机构的调控功效，即为板形调控功效系数矩阵中的参数；各个板形调节机构的板形调控功效计算方法为：Eff=ΔY·(1./ΔU)=Δy1Δy2MΔym·1Δu11Δu2L1Δun=eff11eff12Leffnjeff21eff22MOeffm1effmn]]>式中：Eff为板形调控功效系数矩阵；eff_mn为板形调控功效系数矩阵中的参数；ΔY为板宽方向的板形变化量矩阵；Δy_m为板宽方向的板形变化量矩阵中的参数；m为板宽方向上的测量点数目；ΔU为板形机构调节量矩阵；Δu_n为板形机构调节量矩阵中的参数；n为板形调节机构数目；步骤二、确定用于实现替代调节的执行机构板形调节的执行机构包括工作辊弯辊、中间辊横移、中间辊弯辊、轧机倾斜；对各个板形调节机构的调控功效系数曲线在同一坐标系下进行对比，并通过最小二乘算法寻找与工作辊弯辊具有相似调控功效系数的板形调节机构，通过计算分析得出工作辊弯辊、中间辊弯辊和中间辊横移与工作辊弯辊具有相似调控功效系数，对板形的影响基本都是对称的，因此确定用于工作辊弯辊调节超限时的替代板形调节机构有中间辊和中间辊横移两个；步骤三、根据本周期所测带钢板形偏差，在闭环系统中使用评价函数计算各个板形调节机构的调节量；评价函数为：J=Σi=1m[gi(Δyi-Σj=1nΔuj·Effij)]2]]>式中：J为评价函数；m为板宽方向上的测量点数目；g_i为板宽方向上各测量点的权重因子；Δu_j为第j个板形调节机构的调节量；Eff_ij为第j个板形调节机构对第i个测量段的板形调节功效系数，Δy_i为第i个测量段板形设定值与实际值之间的偏差；使J最小时有：∂J/∂Δuj=0,(j=1,2,L,n)]]>可得n个方程，求解方程组可得各个板形调节机构的最优调节量Δu_j，即轧辊倾斜调节量Δu_T、工作辊弯辊调节量Δu_WB、中间辊弯辊调节量Δu_IB和中间辊横移调节量Δu_IS；若计算后的工作辊弯辊调节量Δu_WB超过其极限值Lim_wb，再检查中间辊弯辊/横移的调节量Δu_IB/Δu_IS是否超过其极限值Lim_ib/Lim_is，若不超限，则使用替代模式进行控制，反之则使用正常控制模式；步骤四、制定两种替代工作辊弯辊控制模式，第一种替代控制模式的制定方法如下：当工作辊正弯辊的实际值已经超限时，即：WB_act≥WB_max·(k_{WB_max}-k_{WB_max_hyst})式中：WB_act为工作辊弯辊的实际值；WB_max为工作辊弯辊的正极限值；k_{WB_max}为工作辊正弯辊极限约束系数，值在0～1之间取，按照实际生产情况设定；k_{WB_max_hyst}为工作辊正弯辊的响应滞后因子；在这种替代模式下，由于工作辊弯辊控制的实际值应经超限，根据步骤三求解得到本周期的工作辊弯辊附加量u_WB不再输出给工作辊弯辊控制机构，将中间辊弯辊/横移作为替代工作辊弯辊控制的调节机构；在中间辊弯辊和横移控制都不超限的情况下，选择中间辊弯辊作为替代执行机构，若出现中间辊弯辊替代调节超限时，再使用中间辊横移来进行替代控制；若满足下式，则可以使用中间辊正弯辊控制替代工作辊正弯辊进行板形调节；IB_act+Δu_IB≤IB_max式中：IB_act为本周期中间辊弯辊的实际值；Δu_IB为本周期由板形闭环控制系统，即步骤三计算得到的附加调节量；IB_max为中间辊正弯辊的设定极限值；同理，当工作辊负弯辊超过极限时，检查中间辊负弯辊的实际值并附加本周期的调节量后是否超限，若不超限，则可将中间辊负弯辊作为替代工作辊弯辊控制的调节机构；在上述的中间辊弯辊超限检查时，若出现中间辊弯辊的实际值附加本周期的调节量超限，则运用同样的方法判断中间辊横移是否超限，若不超限，则使用中间辊横移作为替代工作辊弯辊控制的调节机构；若中间辊弯辊和横移均超限，则取消替代控制模式，进入正常控制模式；第二种替代控制模式的确定方法如下：工作辊弯辊的实际值还未超限，但附加本周期的弯辊调节量之后则会产生超限，即：WB_act＜WB_max·k_{WB_max}＜WB_act+Δu_WBΔu_WB为本周期计算的工作辊弯辊调节量；在这种情况下，制定的方案是，对本周期计算的工作辊弯辊调节量Δu_WB进行限幅处理，超限部分的工作辊弯辊量调节则采用替代控制方式，其它均与第一种替代模式相同；步骤五、计算第一种替代模式下的工作辊弯辊、中间辊横移、中间辊弯辊、轧机倾斜调节机构的输出量；计算方法如下：工作辊弯辊发生调节超限时，若替代执行器为中间辊弯辊，中间辊弯辊附加调节量的计算方法为：JIB=Σi=1m(ΔuWB·EffiWB-ΔuIB′·EffiIB)2]]>式中：J_IB为替代调节机构为中间辊弯辊时的评价函数；Eff_iWB为工作辊弯辊的板形调控功效系数；Eff_iIB为中间辊弯辊的板形调控功效系数；Δu′_IB为替代控制的中间辊弯辊附加调节量，Δu_WB为本周期计算的工作辊弯辊调节量；使J_IB最小时有：∂JIB/∂ΔuIB′=0]]>字母在满足约束条件的情况下求解该偏微分方程，即可得到用于替代工作辊弯辊超调的中间辊弯辊附加调节量Δu′_IB，同时，还要对中间辊弯辊总的调节量是否超限进行检查，当工作辊弯辊正弯辊超限时，即判断下式是否成立：IB_act+Δu_IB+Δu′_IB≤IB_max若上式成立，则本周期中间辊弯辊的总附加调节量输出为：ΔU_IB＝Δu_IB+Δu′_IB若上式不成立，即中间辊弯辊的总调节量超限，则对中间辊弯辊的总调节量进行限幅输出：ΔU_IB＝IB_max-IB_act当工作辊弯辊负弯辊超限时，即判断下式是否成立：IB_act+Δu_IB+Δu′_IB≥IB_min若上式成立，则本周期中间辊弯辊的总附加调节量输出为：ΔU_IB＝Δu_IB+Δ′_IB若上式不成立，即中间辊弯辊的总调节量超限，则对中间辊弯辊的总调节量进行限幅输出：ΔU_IB＝IB_min-IB_act本周期内其它未参与替代控制的轧辊倾斜调节量输出ΔU_T、中间辊横移的附加调节量输出ΔU_IS不变，仍为：ΔU_T＝Δu_TΔU_IS＝Δu_IS在替代控制模式下，由于工作辊弯辊的实际值已经超限，因此本周期的工作辊弯辊调节量输出设为0，即：ΔU_WB＝0同理，若替代执行机构为中间辊横移时，替代控制模型仍采用以板形调控功效为基础，建立最小二乘评价函数的思路，即：JIS=Σi=1m(ΔuWB·EffiWB-ΔuIS′·EffiIS)2]]>式中：J_IS为替代调节机构为中间辊弯辊时的评价函数；Eff_iIS为中间辊横移的板形调控功效系数；Eff_iWB为工作辊弯辊的板形调控功效系数；Δu′_IS为替代控制的中间辊横移附加调节量；使J_IS最小时有：∂JIS/∂ΔuIS′=0]]>在满足约束条件的情况下求解该偏微分方程，即可得到用于替代工作辊弯辊超调的中间辊横移的附加调节量，同中间辊弯辊替代控制一样，还要对中间辊横移总的调节量是否超限进行检查，若不超限，则本周期中间辊横移的总调节量输出为：ΔU_IS＝Δu_IS+Δu′_IS若超限，则对中间辊横移的总调节量进行限幅输出：ΔU_IS＝IS_max-IS_act式中：IS_max为中间辊横移设定的最大值；IS_act为本周期中间辊横移设定的实际值；本周期内其它未参与替代控制的轧辊倾斜调节量输出ΔU_T不变，在中间辊横移作为替代调节机构时，中间辊弯辊的实际值IB_act叠加本周期的调节量Δu_IB后已经超限，因此不再输出闭环板形控制系统计算的调节量Δu_IB，而是进行限幅输出，由于工作辊实际值超限，因此工作辊的本周期输出量仍旧为0；同工作辊正弯辊超限一样，工作辊负弯辊调节超限时的替代控制方案也是按照上述方法制定；步骤六、计算第二种替代模式下的工作辊弯辊、中间辊横移、中间辊弯辊、轧机倾斜调节机构的输出量；计算方法如下：本周期的工作辊弯辊调节量限幅输出为：ΔU_WB＝WB_max·k_{WB_max}-WB_act超限部分的工作辊弯辊调节量为：Δu′_WB＝Δu_WB-(WB_max·k_{WB_max}-WB_act)同步骤五中的第一种替代控制模式一样，执行完用于替代控制的调节机构超限检查后，制定第二种替代控制模式的计算方法：JIB′=Σi=1m(Δ′uWB·EffiWB-ΔuIB′·EffiIB)2]]>式中：J′_IB为替代控制模式B下替代调节机构为中间辊弯辊时的评价函数；使J′_IB最小时有：∂JIB′/∂ΔuIB′=0]]>在满足约束条件的情况下求解该偏微分方程，即可得到用于替代工作辊弯辊超调的中间辊弯辊附加调节量Δu′_IB，同时，还要对中间辊弯辊总的调节量是否超限进行检查，若超限，则进行限幅输出，反之，则正常输出；在第二种替代控制模式下，工作辊负弯辊调节超限时，替代控制模型的制定也是按照上述方式，工作辊弯辊的替代执行机构为中间辊横移时，替代控制模型和中间辊弯辊作为替代执行机构时的控制模型一样，也是按照上述方案制定。