基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法

摘要

本发明涉及板带冷轧技术领域，尤其涉及冷连轧机组的板带平直度控制方法。一种基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，首先给出一种检测仪表的配置方法，分段跟踪来料，然后将横向性能检测仪得到的每段带钢宽度方向上各检测点的屈服强度值存贮在数据表中，接着计算得到该段带钢横向相应检测点在第一机架和后续各机架的变形抗力值，最后根据前馈控制算法，分别确定第一机架和后续各机架板形控制执行机构的调节量，进行实时控制。本发明通过在线实时检测热轧来料带钢横向性能，对冷轧过程中带钢的平直度进行前馈控制，对确保整个钢卷长度方向上冷轧带钢平直度的一致性、提高冷轧带钢成材率、保证冷轧过程的稳定性和可靠性具有积极意义。

权利要求

1.一种基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，其特征是：首先给出一种检测仪表的配置方法，在冷轧机第一机架前适当位置安装带钢横向性能检测仪，并根据平直度前馈控制的精度要求对带钢进行分段跟踪；然后将横向性能检测仪得到的每段带钢宽度方向上各检测点的屈服强度存贮在数据表中，并随着带钢轧制速度不断向前移动，在该段带钢进入第一机架前取出宽度方向上各检测点的屈服强度；接着根据屈服强度和第一机架的轧制变形条件，计算得到该段带钢横向相应检测点在第一机架前的变形抗力，在变形抗力基础上计算出该段带钢相应的横向分布变形抗力特征值；最后根据前馈控制算法，确定第一机架板形控制执行机构的调节量，进行实时控制；后续其余各机架平直度前馈控制的方法相同，变形抗力利用第一机架前的带钢横向性能检测仪测得并贮存在数据表中的数据结合各机架带钢变形条件计算得到。

2.如权利要求1所述的基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，其特征是：在第一机架前带钢横向各检测点的变形抗力k1按下式由带钢横向性能检测仪的检测值计算得到其中， ---带钢横向性能检测仪测得的屈服强度，---变形抗力系数，由轧制变形条件决定，通过实验获取后续二到五机架前带钢的变形抗力由变形抗力计算公式来获取

其中，

---第 机架带钢变形抗力， ---第一机架前来料初始厚度，---第 机架轧后厚度， ---不同机架硬化系数，通过实验获取。

3.如权利要求2所述的基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，其特征是：每段带钢宽度方向的检测点共取n ＝5个点，分别为传动侧边部点x1=xed、距传动侧边部距离为q的点x2=xqd、带钢宽度中心点x3=xc、距操作侧边部距离为q的点x4=xqw、操作侧边部点x5=xew，其中q 为带钢宽度B的1/4，各检测点相应的变形抗力表示为k(xi)，其中i ＝

1,2,3,4,5。

4.如权利要求3所述的基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，其特征是：所述在变形抗力基础上计算出该段带钢相应的横向分布变形抗力特征值K具体方法为，为公式1所示 （1）

K0为横向分布变形抗力常数项

K1为横向分布变形抗力一次分量

K2为横向分布变形抗力二次分量

K3为横向分布变形抗力三次分量

K4为横向分布变形抗力四次分量。

5.如权利要求4所述的基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，其特征是：所述第一机架板形控制执行机构的调节量的前馈控制算法，为公式2、3、4所示压下倾斜调节量 由下式计算得到 （2）――压下倾斜对横向分布变形抗力一次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得――压下倾斜对横向分布变形抗力三次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得工作辊弯辊调节量由下式计算得到

（3）

――工作辊弯辊传动侧调节量

――工作辊弯辊操作侧调节量

――工作辊弯辊对横向分布变形抗力二次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得――工作辊弯辊对横向分布变形抗力三次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得――工作辊弯辊对横向分布变形抗力四次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得中间辊弯辊调节量由下式计算得到

（4）

――中间辊弯辊传动侧调节量；

――中间辊弯辊操作侧调节量；

――中间辊弯辊对横向分布变形抗力二次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得――中间辊弯辊对横向分布变形抗力三次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得――中间辊弯辊对横向分布变形抗力四次分量影响系数，由试验或理论模型计算获得。

说明书

基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及板带冷轧技术领域，尤其涉及冷连轧机组的板带平直度控制方法。

背景技术

[0002] 现代工业的迅速发展对带钢生产提出了更高的要求。板厚和板形是衡量带钢质量的两个重要指标，目前带钢轧制方向上的厚度偏差已得到了有效控制，而带钢的板形问题还没有得到很好解决，越来越受到生产厂和用户的重视，其好坏程度直接影响到冷轧带钢产品的成材率和市场竞争力。平直度是指带钢在宽度方向上的纵向延伸率差，是考核板形质量的重要指标之一，随着带钢性能检测技术的不断发展和应用，研究在带钢变形抗力可获取条件下的平直度前馈控制方法，不断提高带钢平直度对于增强带钢的市场竞争力具有重要的意义。

[0003] 热轧来料断面形状(横向厚差)是影响冷轧带钢平直度的重要因素之一，因此有的冷轧板形控制系统在第一机架之前配置专用的热轧来料带钢断面形状检测仪，用来直接测量来料横向厚差用于平直度前馈控制。还有的系统利用检测第一机架出口平直度，识别出冷轧机入口热轧来料的断面形状变化，从而对其余机架实施平直度前馈控制。实际上，对冷轧带钢平直度同样具有重要影响的是热轧来料机械性能的横向分布(如硬度、屈服强度等沿带宽方向上存在的差异，以下简称横向性能)。实测数据显示，热轧带钢横向性能往往存在一定的差异。由带钢轧制理论和实践可知，来料机械性能差异相应地会造成冷轧变形抗力的横向差异，从而产生冷轧过程中的纵向延伸率差即平直度。来料横向性能的差异对冷轧带钢平直度影响具有重发性，具有横向性能差异的带钢进入每一机架时都会产生新的纵向延伸率差，从而最终导致冷轧带钢差的平直度。

发明内容

[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，通过在冷轧第一机架之前配置带钢横向性能检测仪，在线实时检测热轧来料带钢横向性能，综合考虑来料因横向性能差异造成的横向变形抗力差异而对冷轧过程中带钢的平直度进行前馈控制，从而保证整个钢卷长度方向上冷轧带钢平直度的一致性从而提高带钢的成材率。

[0005] 本发明是这样实现的：一种基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，首先给出一种检测仪表的配置方法，在冷轧机第一机架前适当位置安装带钢横向性能检测仪，并根据平直度前馈控制的精度要求对带钢进行分段跟踪；然后将横向性能检测仪得到的每段带钢宽度方向上各检测点的屈服强度值存贮在数据表中，并随着带钢轧制速度不断向前移动，在该段带钢进入第一机架前取出宽度方向上各检测点的屈服强度值；接着根据屈服强度值和第一机架的轧制变形条件，计算得到该段带钢横向相应检测点在第一机架的变形抗力值，在变形抗力值基础上计算出该段带钢相应的横向分布变形抗力特征值；最后根据前馈控制算法，确定第一机架板形控制执行机构的调节量，进行实时控制；后续其余各机架平直度前馈控制的方法相同，变形抗力值利用第一机架前的带钢横向性能检测仪测得并贮存在数据表中的数据结合各机架带钢变形条件计算得到。

[0006] 所述的对带钢进行分段跟踪是指：首先根据平直度前馈控制的精度要求设定带钢的每一个分段的长度l，根据性能检测仪到第一机架的距离L，计算得到分段的数量N＝L/l；然后设定容量为N的数据表，当各段带钢进入第一机架后从数据表中提取该段带钢对应的数据，进行平直度前馈控制。

[0007] 所述在第一机架前带钢横向各检测点的变形抗力k1可按下式由带钢横向性能检测仪的检测值计算得到

[0008] k1＝kfσs

[0009] 其中，σs---带钢横向性能检测仪测得的屈服强度，

[0010] kf---变形抗力系数，由轧制变形条件决定，通过实验获取后续二到五机架前带钢的变形抗力可由变形抗力计算公式来获取

[0011] (i＝2，3，4，5)

[0012] 其中，ki---第i机架带钢变形抗力，h0---第一机架前来料初始厚度，[0013] hi---第i机架轧后厚度，kei---不同机架硬化系数，通过实验获取。

[0014] 所述每段带钢宽度方向的检测点共取n＝5个点，分别为传动侧边部点x1＝xed、距传动侧边部距离为q的点x2＝xqd、带钢宽度中心点x3＝xc、距操作侧边部距离为q的点x4＝xqw、操作侧边部点x5＝xew，其中q为带钢宽度B的1/4，各检测点相应的变形抗力值表示为k(xi) (i＝1，2，3，4，5)。

[0015] 所述在变形抗力值基础上计算出该段带钢相应的横向分布变形抗力特征值K具体方法为，为公式1所示

[0016]

[0017] K0为横向分布变形抗力常数项

[0018] K1为横向分布变形抗力一次分量

[0019] K2为横向分布变形抗力二次分量

[0020] K3为横向分布变形抗力三次分量

[0021] K4为横向分布变形抗力四次分量

[0022] 所述第一机架板形控制执行机构调节量的前馈控制算法，为公式2、3、4所示[0023] 压下倾斜调节量ΔFl可由下式计算得到

[0024] ΔFl＝Coffk1，Fl·K1+Coffk3，Fl·L3 (2)[0025] Coffk1，Fl——压下倾斜对横向分布变形抗力一次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0026] Coffk3，Fl——压下倾斜对横向分布变形抗力三次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0027] 工作辊弯辊调节量可由下式计算得到

[0028]

[0029] ΔFw-DS——工作辊弯辊传动侧调节量

[0030] ΔFw-wS——工作辊弯辊操作侧调节量

[0031] Coffk2，Fw——工作辊弯辊对横向分布变形抗力二次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0032] Coffk3，Fw——工作辊弯辊对横向分布变形抗力三次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0033] Coffk4，Fw——工作辊弯辊对横向分布变形抗力四次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0034] 中间辊弯辊调节量可由下式计算得到

[0035]

[0036] ΔFi-DS——中间辊弯辊传动侧调节量

[0037] ΔFi-wS——中间辊弯辊操作侧调节量

[0038] Coffk2，Fi——中间辊弯辊对横向分布变形抗力二次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0039] Coffk3，Fi——中间辊弯辊对横向分布变形抗力三次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0040] Coffk4，Fi——中间辊弯辊对横向分布变形抗力四次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0041] 本发明通过在冷轧第一机架之前配置带钢横向性能检测仪，在线实时检测热轧来料带钢横向性能，综合考虑来料因横向性能差异造成的横向变形抗力差异而对冷轧过程中带钢的平直度进行前馈控制，降低或消除热轧来料横向性能差异对各个机架出口平直度的影响，对确保整个钢卷长度方向上冷轧带钢平直度的一致性、提高冷轧带钢成材率、保证冷轧过程的稳定性和可靠性具有积极意义。

附图说明

[0042] 图1为本发明中横向性能检测仪与轧机的安装示意图；

[0043] 图2为带钢信息存贮、移动和读取示意图；

[0044] 图3为本发明基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法的控制流程图。

[0045] 图中：1性能检测仪，2来料(带钢)，3第一机架，4第五机架，图1中的箭头表示轧制方向。

具体实施方式

[0046] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0047] 一种基于横向性能检测的冷轧带钢平直度前馈控制方法，首先给出一种检测仪表的配置方法，在冷轧机第一机架前适当位置安装带钢横向性能检测仪，并根据平直度前馈控制的精度要求对带钢进行分段跟踪；然后将横向性能检测仪得到的每段带钢宽度方向上各检测点的屈服强度值存贮在数据表中，并随着带钢轧制速度不断向前移动，在该段带钢进入第一机架前取出宽度方向上各检测点的屈服强度值；接着根据屈服强度值和第一机架的轧制变形条件，计算得到该段带钢横向相应检测点在第一机架前的变形抗力值，在变形抗力值基础上计算出该段带钢相应的横向分布变形抗力特征值；最后根据前馈控制算法，确定第一机架板形控制执行机构的调节量，进行实时控制；后续其余各机架平直度前馈控制的方法相同，变形抗力值利用第一机架前的带钢横向性能检测仪测得并贮存在数据表中的数据结合各机架带钢变形条件计算得到。

[0048] 所述的对带钢进行分段跟踪是指：首先根据平直度前馈控制的精度要求设定带钢的每一个分段的长度l，根据性能检测仪到第一机架的距离L，计算得到分段的数量N＝L/l；然后设定容量为N的数据表，当各段带钢进入第一机架后从数据表中提取该段带钢对应的数据，进行平直度前馈控制。工作时，将获得的每一机架前每段长度带钢的横向性能值存贮在移动表中，并随着带钢轧制速度不断向前移动，在该段带钢进入该机架前，由宽度方向上各个离散点实测性能值和轧制变形条件，计算得到该段带钢横向相应检测点的变形抗力值(即变形抗力横向分布)；；为了向跟踪数据表存储、或从跟踪数据表中准确读取相应分段带钢的机械性能检测值，需要对带钢各个分段到达性能检测仪和各个机架的时刻进行实时跟踪。根据脉冲计数器、或测速仪测得的带钢速度信号，计算自前一段带钢通过性能检测仪以来，当通过检测仪的带钢长度达到分段的设定长度l时，则将当前段带钢性能检测值存储到数据跟踪表的相应位置。根据脉冲计数器、或测速仪测得的带钢速度信号，计算平直度前馈控制周期内带钢的传输长度，即自前一次前馈控制结束以来，通过某个机架的带钢长度达到分段的设定长度l时，则需要对下一段带钢进行平直度前馈控制。当通过某个机架的带钢长度达到分段的设定长度l时，则需要从跟踪数据表中读取相应段带钢的性能检测值，开始对下一段带钢进行平直度前馈控制。

[0049] 所述在第一机架带钢横向各检测点的变形抗力k1可按下式由带钢横向性能检测仪的检测值计算得到

[0050] k1＝kfσs

[0051] 其中，σs---带钢横向性能检测仪测得的屈服强度，

[0052] kf---变形抗力系数，由轧制变形条件决定，通过实验获取后续二到五机架前带钢的变形抗力可由变形抗力计算公式来获取

[0053] (i＝2，3，4，5)

[0054] 其中，ki---第i机架带钢变形抗力，h0---第一机架前来料初始厚度，[0055] hi---第i机架轧后厚度，kei---不同机架硬化系数，通过实验获取。

[0056] 所述每段带钢宽度方向的检测点共取n＝5个点，分别为传动侧(亦为DS侧)边部点x1＝xed、距传动侧边部距离为q的点x2＝xqd、带钢宽度中心点x3＝xc、距操作侧边部距离为q的点x4＝xqw、操作侧(亦为WS侧)边部点x5＝xew，其中q为带钢宽度B的1/4。各检测点相应的变形抗力值表示为k(xi) (i＝1，2，3，4，5)。

[0057] 然后根据变形抗力值计算与该段带钢相应的变形抗力特征值K。

[0058] 所述在变形抗力值基础上计算出该段带钢相应的横向分布变形抗力特征值K具体方法为，为公式1所示

[0059]

[0060] 各次特征分量的物理意义如表1所示，DS为传动侧，WS为操作侧[0061] 表1

[0062]横向分布
符号 物理意义
变形抗力分量
K0 常数项 带钢横向平均变形抗力
K1＞0，DS侧单边变形抗力大
K1 一次分量
K1＜0，WS侧单边变形抗力大
K2＞0，中部变形抗力大
K2 二次分量
K2＜0，双边变形抗力大
K3＞0，DS侧肋部变形抗力大
K3 三次分量
K3＜0，WS侧肋部变形抗力大
K4＞0，边部和中部变形抗力大
K4 四次分量
K4＜0，双侧肋部变形抗力大

[0063] 其中，常数项与带钢厚度控制相关，与平直度控制无关，略去。

[0064] 基于来料横向变形抗力分布的平直度前馈控制策略与基于来料凸度的平直度前馈控制策略是不同的。为保持机架出口带钢平直度不变，例如，当来料凸度增大时应适当减小弯辊力，以使负载辊缝与来料凸度相匹配，但来料中部的变形抗力值相对于两边增大时应增大弯辊力，以使带钢中部与边部的延伸率率差保持一致。为保持机架出口带钢平直度不变，对于带钢横向变形抗力的各次特征分量，前馈控制策略如下：

[0065] (1)对于一次分量，可以通过轧辊倾斜压下来完成。例如，当K1＞0时，即DS侧单边变形抗力大时，则适当加大DS侧轧制力。

[0066] (2)对于二次分量，可以通过工作辊、中间辊弯辊来完成。例如，当K2＞0时，即中部变形抗力大时，工作辊、或中间辊弯辊力增大，或者两者同时增大。

[0067] (3)对于三次分量，可以通过轧辊倾斜压下，或者通过工作辊、中间辊不对称弯辊来完成。例如，当K3＞0时，即DS侧单侧肋部变形抗力大时，则适当将工作辊、或中间DS侧辊弯辊力减小而WS侧弯辊力增大。

[0068] (4)对于四次分量，可以通过工作辊与中间辊反向弯辊组合来完成。例如，当K4＞0时，即边部和中部变形抗力大时，则中间辊弯辊力适当增大而工作辊弯辊力适当减小。

[0069] 此外，对于变形抗力四次分量以上的高次分量，可以通过调整工作辊轴向分区冷却液流量的方式进行前馈控制。

[0070] 具体实施时，通过模拟仿真和现场实验方式，获取带钢横向变形抗力各特征分量对轧辊倾斜压下、工作辊和中间辊弯辊等板形调节执行机构对的影响系数，不同系数如表2所示。针对不同的机架，各影响系数是不相同的。

[0071] 表2

[0072]变形抗力
轧辊压下倾斜Fl 工作辊弯辊Fw 中间辊弯辊Fi
特征分量
K1 CoffK1，Fl ---- ----
K2 ---- CoffK2，Fw CoffK2，Fi
K3 CoffK3，Fl CoffK3，Fw CoffK3，Fi
K4 ---- CoffK4，Fw CoffK4，Fi

[0073] 各机架板形控制执行机构调节量的前馈控制算法，为公式2、3、4所示[0074] 压下倾斜调节量ΔFl可由下式计算得到

[0075] ΔFl＝Coffk1，Fl·K1+Coffk3，Fl·K3 (2)[0076] Coffk1，Fl——压下倾斜对横向分布变形抗力一次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0077] Coffk3，Fl——压下倾斜对横向分布变形抗力三次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0078] 工作辊弯辊调节量可由下式计算得到

[0079]

[0080] ΔFw-DS——工作辊弯辊传动侧调节量

[0081] ΔFw-wS——工作辊弯辊操作侧调节量

[0082] Coffk2，Fw——工作辊弯辊对横向分布变形抗力二次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0083] Coffk3，Fw——工作辊弯辊对横向分布变形抗力三次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0084] Coffk4，Fw——工作辊弯辊对横向分布变形抗力四次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0085] 中间辊弯辊调节量可由下式计算得到

[0086]

[0087] ΔFi-DS——中间辊弯辊传动侧调节量

[0088] ΔFi-wS——中间辊弯辊操作侧调节量

[0089] Coffk2，Fi——中间辊弯辊对横向分布变形抗力二次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0090] Coffk3，Fi——中间辊弯辊对横向分布变形抗力三次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0091] Coffk4，Fi——中间辊弯辊对横向分布变形抗力四次分量影响系数，可由试验或理论模型计算获得

[0092] 最后根据平直度前馈控制算法得到的每个机架板形执行机构的调节量与相应机架的设定值相加，得到控制给定值，用于实时平直度前馈控制，以及时地降低甚至消除各段带钢来料横向性能差异对各个机架出口平直度的影响。

[0093] 如图1所示为本发明中检测仪表与轧机的安装示意图，图中横向性能检测仪1安装在第一机架3前面，用于实时测量来料2的机械性能。如图2所示，分段跟踪时，当横向性能能检测仪1到第一机架3的距离L为20m，根据控制精度要求，带钢的分段控制长度l为1m，则根据厚度控制周期、带钢轧制速度和由脉冲计数器返回信号得到的带钢传输长度，可由容量最小为20的跟踪数据表来完成变形抗力数据的存贮、移动与读取。

[0094] 如图3所示，本平直度前馈控制方法总结如下，给出一种带钢性能检测仪表配置方法，在冷轧机第一机架前配置带钢横向性能检测仪，随着带钢轧制速度不断向前移动，将每一段带钢的横向各点机械性能实测值存贮在数据表的相应位置，当每一段带钢进入每一个机架前，从跟踪数据表中取出相应的性能检测值，根据实测热轧来料机械性能和冷轧变形条件，计算每一机架的每段带钢的横向变形抗力各次特征分量，根据前馈控制算法得到各执行机构的调节量用于实时前馈控制。

[0095] 可分为如下几个主要过程：

[0096] (1)在冷轧机第一机架前适当位置安装带钢横向性能检测仪。

[0097] (2)通过模拟仿真和现场实验获取变形抗力特征值板形执行机构的影响系数。

[0098] (3)确定带钢平直度控制的分段设定长度，由横向性能检测仪到第一机架的距离确定数据表的容量。

[0099] (4)在每个平直度前馈控制周期，根据带钢速度信号对带钢传输长度进行跟踪累加。

[0100] (5)根据带钢传输长度进行跟踪数据表的存贮、移动和读取。

[0101] (6)当带钢传输长度大于分段设定长度时，根据横向性能检测值和带钢变形条件计算得到相应段带钢的横向变形抗力值和各次特征分量，利用前馈控制算法，得到执行机构的调节变化量，再与相应设定值相加，得到控制给定值。

[0102] (8)由相应的执行机构动作，将控制量调节至给定值，完成周期控制任务。

[0103] (9)对于第二到第五机架的平直度前馈控制，其相应的带钢平直度控制的分段长度可由对来料的控制长度与相对压下率来确定，而每个机构入口带钢的变形抗力可由变形抗力公式来得到，而前馈控制算法与第一机架相同。