基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法

摘要

本发明涉及板带冷轧后处理领域，尤其涉及一种连退平整机板形自动控制方法。一种基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法，包括以下步骤：利用板形测量辊测量到实测板形数据，得到一、二次板形偏差系数、；通过试验得到连退平整机的基本参数；先计算得到基本增益系数和稳定性指标，然后计算增益系数，最后将增益系数乘以板形偏差系数得到连退平整机板形执行机构的调整量。本发明的板形自动控制方法中增益系数随着板形偏差的变化进行在线优化，并将稳定性指标限定在一定取值范围内，既保证连退平整机轧制稳定，又提高了带钢的板形质量。

权利要求

1.一种基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法，其特征是，包括以下步骤：步 骤 一、利 用 板 形 测 量 辊 测 量 到 实 测 板 形 数 据，对 实 测 板 形 数据和目标板 形的差值进行 拟合得到二次 多项式形式 的板形偏差方 程 ， (1)

从板形偏差方程 中获取一次板形偏差系数 、二次板形偏差系数 ；

步骤二、通过对连退平整机进行试验得到该连退平整机的倾斜板形调控能力 、弯辊板形调控能力 、最大可调整一次板形偏差系数 、最大可调整二次板形偏差系数 、最大可调整一次板形偏差系数变化量 和最大可调整二次板形偏差系数变化量 ,以上数值都取正值；

步骤三、根据连退平整机板形自动控制系统的布置通过公式(3)、(4)计算得到倾斜基本增益系数 和弯辊基本增益系数 ， (3)其中：T － 控制周期；

τ － 板形测量滞后时间；

(4)其中：l － 连退平整机到板形测量辊的水平距离；

d － 板形测量辊的直径； v － 带钢的运动速度；

步骤四、根据公式(5)计算得到倾斜稳定性指标 、根据公式(6)计算得到弯辊稳定性指标 ， (5)其中： 的倒数等于倾斜板形调控能力 的2.5倍；

的倒数等于倾斜板形调控能力 的1.5倍；

为一次板形偏差系数变化量，即当前控制周期的一次板形偏差系数减去上一控制周期的一次板形偏差系数；

β、γ为加权系数，该两个系数为经验参数，并有β>0，γ >0，β＋γ＝1.0； 为最大可调整一次板形偏差系数，即 时， ； 时， ； 时， 为最大可调整一次板形偏差系数变化量，

即 时， ； 时， ； 时，

；

(6) 其中： 的倒数等于弯辊板形调控能力 的2.5倍；

的倒数等于弯辊板形调控能力 的1.5倍；

为二次板形偏差系数变化量，即当前控制周期的二次板形偏差系数减去上一控制周期的二次板形偏差系数；

β、γ为加权系数，该系数为经验参数根据试验数据设定，并有β>0，γ >0，β＋γ＝1.0；

为最大可调整二次板形偏差系数，即 时， ； 时， ； 时， ；

为最大可调整二次板形偏差系数变化量， 即 时， ； 时， ； 时，

；

步骤五、利用基本增益系数和稳定性指标通过公式(2)计算得到增益系数，最后将增益系数乘以板形偏差系数得到连退平整机板形执行机构的调整量；

倾斜增益系数 和弯辊增益系数 由公式(2)计算得到 (2)其中： 为倾斜基本增益系数；

为弯辊基本增益系数；

为倾斜稳定性指标；

为弯辊稳定性指标；

得到倾斜调整量 为，

得到弯辊调整量 为，

。

2.如权利要求1所述的基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法，其特征是：所述步骤一中，在一个控制周期内利用板形测量辊测量的五组实测板形数据，对五组实测板形数据进行滑动平均处理，得到平滑的实测板形数据。

3.如权利要求1或2所述的基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法，其特征是：所述步骤四中加权系数β、γ的取值为β取0.8，γ取0.2。

说明书

基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及板带冷轧后处理领域，尤其涉及一种连退平整机板形自动控制方法。

背景技术

[0002] 板形是冷轧带钢的重要质量指标，冷轧带钢的板形直接影响到汽车、家电、仪表、食品包装等下游行业的生产率、成材率和成本的高低以及产品的外观，因此，在冷轧生产中采用板形自动控制技术，从而提高带钢板形质量。

[0003] 连续退火机组是冷轧生产设备中重要的关键的处理线，它将脱脂、退火炉、平整、精整等冷轧生产各主要工序组合在一起，成为一条连续、高效的薄板生产线。由于工艺的特殊性，连退机组直接决定了产品的品种和品质，是冷轧生产的核心机组。连退平整机是位于连续退火机组出口段的重要设备，它对经过再结晶退火后的带钢以较小的变形量进行轧制，以消除屈服平台、控制板形，同时达到表面质量要求的轧制设备。由于连退平整是决定成品带钢板形的最后一道工序，所以，优化连退平整机板形自动控制参数，对于提高连退平整机的板形控制能力具有非常重要的意义。

[0004] 连退平整机板形自动控制原理为：首先，利用板形测量辊测量到实测板形数据，对实测板形数据和目标板形的差值进行拟合得到板形偏差方程dev(x)， ，从板形偏差方程中即可获取板形偏差系数 ，然后将板形偏差系数乘以增益系数，得到对应的板形执行机构调整量，其中一次板形偏差系数对应倾斜调整量，二次板形偏差系数对应弯辊调整量；最后，板形执行机构动作，从而达到消除板形偏差的目的。其中，板形自动控制的增益系数决定了板形执行机构消除板形偏差的动态效果。

[0005] 现有的连退平整机板形自动控制方法采用在线试验的方法或者保守原则将板形自动控制的增益系数设置为某一常数。该增益系数的设定可以保证轧制过程的稳定性，但是不能获得最佳的板形控制效果。

[0006] 现有的连退平整机板形自动控制方法具体流程如附图1所示包括以下步骤：

[0007] (1) 对板形偏差信号进行参数识别，将板形偏差信号分解为一次板形偏差系数、二次板形偏差系数 ；

[0008] (2) 将一次板形偏差系数 乘以倾斜增益系数 （常数），得到倾斜调整量 ；将二次板形偏差系数 乘以弯辊增益系数 （常数），得到弯辊调整量 ；

[0009] (3) 将调整量输出到相关的执行机构，改变连退平整机出口带钢板形。

[0010] 板形控制调试工程师根据经验或者采用试验的方法整定出倾斜增益系数 （常数）和弯辊增益系数 （常数）后不会再去修改；增益系数固定后虽然能保证连退平整机在轧制过程中的稳定性，不会引起带钢跑偏、断带，但是，容易造成板形自动控制的动态效果欠佳，从而降低整个钢卷长度方向上成品带钢板形质量。因此，板形自动控制的关键在于如何整定增益系数，使之既满足轧制稳定性的要求，又能达到理想的动态控制效果，从而提高整个钢卷长度方向上成品带钢板形质量。

发明内容

[0011] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法，该方法中增益系数随着板形偏差的变化进行在线优化，从而提高了整个钢卷长度方向上成品带钢的板形质量。

[0012] 本发明是这样实现的：一种基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法，包括以下步骤：

[0013] 步骤一、利用板形测量辊测量到实测板形数据，对实测板形数据和目标板形的差值进行拟合得到二次多项式形式的板形偏差方程 ，

[0014] (1)

[0015] 从板形偏差方程 中获取一次板形偏差系数 、二次板形偏差系数 ；

[0016] 步骤二、通过对连退平整机进行试验得到该连退平整机的倾斜板形调控能力、弯辊板形调控能力 、最大可调整一次板形偏差系数 、最大可调整二次板形偏差系数 、最大可调整一次板形偏差系数变化量 和最大可调整二次板形偏差系数变化量,以上数值都取正值；

[0017] 步骤三、根据连退平整机板形自动控制系统的布置通过公式(3)、(4)计算得到倾斜基本增益系数 和弯辊基本增益系数 ，

[0018] (3)

[0019] 其中：T － 控制周期；

[0020] τ － 板形测量滞后时间；

[0021] (4)

[0022] 其中：l － 连退平整机到板形测量辊的水平距离；

[0023] d － 板形测量辊的直径；

[0024] v － 带钢的运动速度；

[0025] 步骤四、根据公式(5)计算得到倾斜稳定性指标 、根据公式(6)计算得到弯辊稳定性指标 ，

[0026] (5)

[0027] 其中： 的倒数等于倾斜板形调控能力 的2.5倍；

[0028] 的倒数等于倾斜板形调控能力 的1.5倍；

[0029] 为一次板形偏差系数变化量，即当前控制周期的一次板形偏差系数减去上一控制周期的一次板形偏差系数；

[0030] β、γ为加权系数，该两个系数为经验参数，并有β>0，γ >0，β＋γ＝1.0；

[0031] 为最大可调整一次板形偏差系数，

[0032] 即 时， ； 时， ； 时， ；

[0033] 为最大可调整一次板形偏差系数变化量，

[0034] 即 时， ； 时， ； 时，；

[0035] (6)

[0036] 其中： 的倒数等于弯辊板形调控能力 的2.5倍；

[0037] 的倒数等于弯辊板形调控能力 的1.5倍；

[0038] 为二次板形偏差系数变化量，即当前控制周期的二次板形偏差系数减去上一控制周期的二次板形偏差系数；

[0039] β、γ为加权系数，该系数为经验参数根据试验数据设定，并有β>0，γ >0，β＋γ＝1.0；

[0040] 为最大可调整二次板形偏差系数，

[0041] 即 时， ； 时， ； 时， ；

[0042] 为最大可调整二次板形偏差系数变化量，

[0043] 即 时， ； 时， ； 时，；

[0044] 步骤五、利用基本增益系数和稳定性指标通过公式(2)计算得到增益系数，最后将增益系数乘以板形偏差系数得到连退平整机板形执行机构的调整量；

[0045] 倾斜增益系数 和弯辊增益系数 由公式(2)计算得到

[0046] (2)

[0047] 其中： 为倾斜基本增益系数；

[0048] 为弯辊基本增益系数；

[0049] 为倾斜稳定性指标；

[0050] 为弯辊稳定性指标；

[0051] 得到倾斜调整量 为，

[0052]

[0053] 得到弯辊调整量 为，

[0054] 。

[0055] 所述步骤一中，在一个控制周期内利用板形测量辊测量的五组实测板形数据，对五组实测板形数据进行滑动平均处理，得到平滑的实测板形数据。

[0056] 所述步骤四中加权系数β、γ的取值为β取0.8，γ取0.2。

[0057] 本发明的板形自动控制方法中增益系数设为与稳定性指标成正比，增益系数随着板形偏差的变化进行在线优化，从而提高了整个钢卷长度方向上成品带钢的板形质量。在该方法中，稳定性指标的取值控制在一定范围内，该取值范围能够保证连退平整机轧制稳定。其中，稳定性指标数值越大，系统的稳定性越差，但是，板形控制的动态响应越快。当板形偏差过大或者板形偏差有增加趋势，增大稳定性指标数值，从而能够做到快速消除板形偏差；当板形偏差较低或者板形偏差有降低趋势，降低稳定性指标数值，从而将板形偏差稳定地控制在允许范围内。采用本发明的自动控制方法，既保证连退平整机轧制稳定，又提高了带钢的板形质量。

附图说明

[0058] 图1为现有的连退平整机板形自动控制流程图；

[0059] 图2为本发明基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制流程图；

[0060] 图3为本发明基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制系统的总体结构图。

[0061] 图中：1板形测量辊、2板形测量计算机、3板形自动控制器、4平整机控制器、5连退平整机、6带钢。

具体实施方式

[0062] 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。

[0063] 实施例1

[0064] 如图2所示，一种基于稳定性指标的连退平整机板形自动控制方法，包括以下步骤：

[0065] 步骤一、在一个控制周期内利用板形测量辊测量的五组实测板形数据，对五组实测板形数据进行滑动平均处理，得到平滑的实测板形数据。对平滑后的实测板形数据和目标板形的差值用最小二乘法进行拟合得到二次多项式形式的板形偏差方程 ，[0066] (1)

[0067] 从板形偏差方程 中获取一次板形偏差系数 、二次板形偏差系数 ；

[0068] 步骤二、连退平整机的调控能力是有限的，当倾斜由0变化到极限值(1.0)时，此时有对应的一次板形偏差系数变化的数值，该数值为倾斜板形调控能力 ；当弯辊由0变化到极限值(1.0)时，此时有对应的二次板形偏差系数变化的数值，该数值为弯辊板形调控能力 ；在实际工程中，通过对连退平整机进行试验得到该连退平整机的倾斜板形调控能力 、弯辊板形调控能力 、最大可调整一次板形偏差系数 、最大可调整二次板形偏差系数 、最大可调整一次板形偏差系数变化量 和最大可调整二次板形偏差系数变化量 ,以上数值都取正值；

[0069] 步骤三、根据连退平整机板形自动控制系统的布置通过公式(3)、(4)计算得到倾斜基本增益系数 和弯辊基本增益系数 ，

[0070] (3)

[0071] 其中：T － 控制周期；

[0072] τ － 板形测量滞后时间；

[0073] (4)

[0074] 其中：l － 连退平整机到板形测量辊的水平距离；

[0075] d － 板形测量辊的直径；

[0076] v － 带钢的运动速度；

[0077] 步骤四、根据公式(5)计算得到倾斜稳定性指标 、根据公式(6)计算得到弯辊稳定性指标 ，

[0078] (5)

[0079] 其中： 的倒数等于倾斜板形调控能力 的2.5倍；

[0080] 的倒数等于倾斜板形调控能力 的1.5倍；

[0081] 为一次板形偏差系数变化量，即当前控制周期的一次板形偏差系数减去上一控制周期的一次板形偏差系数；

[0082] β、γ为加权系数，该两个系数为经验参数，根据试验数据设定，并有β>0，γ >0，β＋γ＝1.0；在加权系数的通常取值中，一般β>γ，在本实施例中，β=0.8，γ=0.2，[0083] 为最大可调整一次板形偏差系数，

[0084] 即 时， ； 时， ； 时， ；

[0085] 为最大可调整一次板形偏差系数变化量，

[0086] 即 时， ； 时， ； 时，；

[0087] (6)

[0088] 其中： 的倒数等于弯辊板形调控能力 的2.5倍；

[0089] 的倒数等于弯辊板形调控能力 的1.5倍；

[0090] 为二次板形偏差系数变化量，即当前控制周期的二次板形偏差系数减去上一控制周期的二次板形偏差系数；

[0091] β、γ为加权系数，该系数为经验参数根据试验数据设定，并有β>0，γ >0，β＋γ＝1.0；在加权系数的通常取值中，一般β>γ，在本实施例中，β=0.8，γ=0.2，[0092] 为最大可调整二次板形偏差系数，

[0093] 即 时， ； 时， ； 时， ；

[0094] 为最大可调整二次板形偏差系数变化量，

[0095] 即 时， ； 时， ； 时，；

[0096] 步骤五、利用基本增益系数和稳定性指标通过公式(2)计算得到增益系数，最后将增益系数乘以板形偏差系数得到连退平整机板形执行机构的调整量；

[0097] 倾斜增益系数 和弯辊增益系数 由公式(2)计算得到

[0098] (2)

[0099] 其中： 为倾斜基本增益系数；

[0100] 为弯辊基本增益系数；

[0101] 为倾斜稳定性指标；

[0102] 为弯辊稳定性指标；

[0103] 得到倾斜调整量 为，

[0104]

[0105] 得到弯辊调整量 为，

[0106] 。

[0107] 通过以上板形自动控制方法得到执行机构的调整量，修正执行机构的设定值，从而达到调节带钢实际板形的目的。

[0108] 如图3所示，板形测量辊1把测量得到的数据送往板形测量计算机2，板形测量计算机2把处理好的板形数据信号发送给板形自动控制器3，板形自动控制器3与平整机控制器4交换数据，最后得到的调整量由平整机控制器4控制连退平整机5完成对带钢6的板形控制作用。

[0109] 为说明本技术发明的具体应用方式，下面给出本实施例的具体数据。

[0110] 本实施例中连退机组上的带钢分为两大类型：软钢和高强钢；厚度规格为：0.5mm-2.3mm；宽度规格：700mm-1630mm。连退平整机类型为：UCM。连退平整机与板形测量辊的水平距离l为2.3m。板形测量辊d的直径为0.4m。带钢的运动速度v为760m/min。

[0111] 在板形自动控制投入运行前，首先测试倾斜和弯辊的板形调控能力，试验得到倾斜板形调控能力 为8、弯辊板形调控能力 为10、a1m＝a2m＝10、

[0112] 计算得到稳定性指标取值范围：

[0113] ， ， ，

[0114] 将目标板形以及稳定性指标取值范围λLmin，λLmax，λBLmin，λBmax存储于板形控制器上的数据库中。

[0115] 在以上基础上，板形自动控制程序按照控制周期（T＝0.2s）进行如下计算。

[0116] 板形测量计算机2接收实际板形信号，对实测的板形信号进行滑动平均处理，得到平滑的实测板形数据，这时得到平滑后的实际板形数据σp为：

[0117] σp={ 2.1000, 1.4834, 0.9598, 0.5294, 0.1920, -0.0524, -0.2036, -0.2618, -0.2269, -0.0989,

[0118] 0.1222, 0.4363, 0.8435, 1.3438, 1.9371, 2.6235, 3.4030, 4.2756,5.2413, 6.3000};

[0119] 保存在板形控制器中的目标板形σs={ 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,

[0120] 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 };

[0121] 用实测板形数据减去目标板形，得到板形偏差

[0122] Δσp={ 2.1000, 1.4834, 0.9598, 0.5294, 0.1920, -0.0524, -0.2036, -0.2618, -0.2269, -0.0989,

[0123] 0.1222, 0.4363, 0.8435, 1.3438, 1.9371, 2.6235, 3.4030, 4.2756,5.2413, 6.3000};

[0124] 根据板形偏差，采用最小二乘法，得到 中的系数，a0＝0.0,a1＝2.1，a2＝4.2，保存系数a1，a2 ，在下一控制周期使用。

[0125] 计算基本增益系数，这时带钢的速度为300m/min，即5m/s，那么

[0126] 。

[0127] 计算倾斜稳定性指标，

[0128] 提取上一控制周期保存的系数a1上＝0.0, 得到，

[0129]；

[0130] 计算弯辊稳定性指标

[0131] 提取上一控制周期保存的系数a2上＝0.0,得到，

[0132]；

[0133] 根据上述计算结果，分别得到倾斜的增益系数和弯辊的增益系数,

[0134]

[0135] 按照公式 ，计算出倾斜的调整量为0.033，即3.3%，修正倾斜的设定值。

[0136] 按照公式 ，计算出弯辊的调整量为0.063，即6.3%，修正弯辊的设定值。

[0137] 将倾斜调整量和弯辊调整量下发给平整机控制进行执行。

[0138] 下一个控制周期，重复上述过程。

[0139] 实施例2

[0140] 板形测量计算机2接收实际板形信号，对实测的板形信号进行滑动平均处理，得到平滑的实测板形数据，这时得到平滑后的实际板形数据σp为：

[0141] σp={ 1.0000, 0.6970, 0.4404, 0.2305, 0.0670, -0.0499, -0.1202, -0.1440, -0.1213, -0.0521,

[0142] 0.0637, 0.2260, 0.4349, 0.6903, 0.9922, 1.3407, 1.7357, 2.1773,2.6654, 3.2000};

[0143] 保存在板形控制器中的目标板形σs={ 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,

[0144] 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0 };

[0145] 用实测板形数据减去目标板形，得到板形偏差

[0146] Δσp={ 1.0000, 0.6970, 0.4404, 0.2305, 0.0670, -0.0499, -0.1202, -0.1440, -0.1213, -0.0521,

[0147] 0.0637, 0.2260, 0.4349, 0.6903, 0.9922, 1.3407, 1.7357, 2.1773,2.6654, 3.200};

[0148] 根据板形偏差，采用最小二乘法，得到 中的系数，a0＝0.0,a1＝1.1,

[0149] a2＝2.1，保存系数a1，a2 ，在下一控制周期使用。

[0150] 计算基本增益系数，这时带钢的速度仍然为300m/min，即5m/s，那么[0151] 。

[0152] 计算倾斜稳定性指标，

[0153] 提 取 上 一 控 制 周 期 保 存 的 系 数 a1上 ＝ 2.1，a1 ＝1.1, 得到

[0154]；

[0155] 计算弯辊稳定性指标

[0156] 提 取 上 一 控 制 周 期 保 存 的 系 数 a2上 ＝ 4.2，a2 ＝ 2.1，得到，

[0157]；

[0158] 根据上述计算结果，分别得到倾斜的增益系数和弯辊的增益系数,

[0159]

[0160] 按照公式 ，计算出倾斜的调整量为0.016，即1.6%，修正倾斜的设定值。

[0161] 按照公式 ，计算出弯辊的调整量为0.025，即2.5%，修正弯辊的设定值。

[0162] 将倾斜调整量和弯辊调整量下发给平整机控制进行执行。

[0163] 下一个控制周期，重复上述过程。