[發明專利]用于調整和控制的方法及裝置

有效

• 申請號: 200680049429.3
• 申請日: 2006-12-18
• 公開（公告）號: CN101346676A
• 公開（公告）日: 2009-01-14
• 發明（設計）人: 佩爾－埃里克·莫登;蓬圖斯·貝里斯滕;里卡德·林德奎斯特
• 申請（專利權）人: ABB公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G05B5/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司
• 代理人: 高少蔚;李德山

技術領域

本發明涉及用于調整和控制具有至少一個傳動裝置的工業過程的方法及裝置，以影響所生產產品的質量，其中生產速度或材料流率是變化的，從而產生了變化的控制條件。本發明優選地針對輥軋機應用中的自動調整和自適應控制，例如用于采用任何數量機械的或其他的傳動裝置來改進軋制產品的平整度。本發明還可應用于變化的材料是諸如板、帶、織物(web)或流體的其他過程。

背景技術

通過輥軋機的工作輥的輥隙分布(profile)和軋制帶的厚度分布來確定軋制產品，如帶的平整度。帶平整度于是可受到對影響軋機及其工作輥隙分布的不同控制裝置的操縱的影響。這種傳動裝置可以是機械裝置，如工作輥彎輥裝置、中間輥彎輥裝置、傾斜裝置、中間輥竄動輥裝置、頂凸傳動裝置，或諸如工作輥冷卻/加熱傳動裝置之類的熱裝置。

在金屬冷軋的平整度控制中使用許多影響平整度分布的傳動裝置。在標準的解決方案中，平整度偏差借助于軋機矩陣而被映射到傳動裝置空間，其從各傳動裝置描述靜態平整度響應。此分解產生許多控制環路，每個控制環路用于一個傳動裝置。這些環路被配備有PI控制器。當前這些控制器的調整是基于對每個環路模型的離線識別。此外，由于例如變化的輥軋速度所引起的模型中已知的變化在參數調度方式中被考慮。使每個環路的過程增益(process?gain)不確定的兩個因素是：其對軋制材料的依賴性，以及所采用的軋機矩陣和軋機實際行為之間可能的差異。

當軋制帶時，重要的是總是保持期望的平整度分布。與期望平整度的偏差可能導致損失很大的帶破裂以及所生產的帶卷報廢。因此平整度控制系統的任務是使實際的平整度分布盡可能地接近期望的平整度分布，這對控制系統的計算速度和準確度提出了高的要求。

無論變化的條件如何，為減小質量變化并將生產質量保持在規范以內，都需要對工業過程的控制器進行很好地調整。特別是，對高生產率的期望常常會對將過程控制得足夠好以避免生產不合格材料以及避免由于破裂而導致生產中斷的能力提出挑戰。造紙機中的紙張破損或軋鋼機中的帶斷裂是導致高昂生產損失的實例。

控制器的調整常常是基于從實驗數據(例如從步驟測試)找出簡化模型的例程，結合自動查找良好控制器調整的方法，并假定此模型足夠好地代表了過程的行為。為使此例程成功，關鍵是在實驗期間模型公式能夠捕獲過程的實際行為，且所獲得的模型在對其中可能出現條件變化的過程的正常操作期間保持有效。通過適當地關注健壯性，調整方法可以允許所采取的標稱行為有一些變化。如果過程的動態特性中有本質的變化-例如具有變化的生產速度-則已知的這種變化通過參數調度來處理。如果變化在調整實驗期間出現，若應用標準方法則模型識別會被嚴重干擾。

常用手段是黑箱識別，即估計模型的離散時間公式中的參數，在與實際控制中使用的采樣周期相同的采樣周期中表示。然而，在某些過程的動態特性隨生產速度而改變的情形中，由于模型的真實參數值會變化，因此估計會被速度變化干擾。這包括：如果以每單位時間進行采樣，此為最普通的情形，則隨后動態特性中隨速度變化的部分會給出變化的離散時間模型參數，如果有時是由于實用原因按每材料流量進行采樣，對于時間特性反比于速度的動態特性，還給出恒定的離散時間模型參數值，則隨后動態特性中不隨生產速度變化的部分會給出變化的離散時間模型參數。

對于PI控制環路的調整，在平整度控制的標準解決方案中，變化的輥軋速度阻止了用黑箱識別方法來確定模型。采樣按每單位長度來執行，故傳輸行為的模型對采樣數據來說是不變的，但對于以此方式采樣的數據，傳動裝置動態特性不能得到不變的模型，因此整個離散時間模型會變化。此外，采樣周期會因為變化的下采樣倍數以及與此相關的變化的前置濾波而變化。

為獲得準確的控制，應當基于過程如何響應被操縱變量的改變而很好地調整控制器。輥軋過程的增益依賴于未清楚得知的許多參數。對于平整度控制，相關增益由軋制的材料、采取的軋機矩陣與真實矩陣的實際一致性以及其他事項所影響。

在將初始控制任務，即使用若干傳動裝置保持生產材料的整個寬度上的平整度，分到若干傳動裝置測量環路中后，當前的控制策略是基于試運行期間的標準控制環路調整。這通常以對每個環路進行單獨的離線模型參數估計和對該模型的調整來完成。為使該行為更加有效率，應當在線估計相關的模型參數并實時顯示給用戶，以決定何時結束該行為。而且，估計應當以不被速度變化所干擾的方式來執行。