[發(fā)明專利]一種冷軋機(jī)工作輥彎輥超限的動(dòng)態(tài)替代調(diào)節(jié)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010616810.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN102172639A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張殿華;李旭;王鵬飛;孫杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): B21B37/28
• 分類號(hào): B21B37/28
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司 21109
• 代理人: 朱光林

1.一種冷軋機(jī)工作輥彎輥超限的動(dòng)態(tài)替代調(diào)節(jié)方法，其特征在于，按如下步驟進(jìn)行：

步驟一、記錄至少5種帶鋼寬度規(guī)格，通過液壓缸壓力傳感器記錄至少5組軋制力參數(shù)，根據(jù)軋制力和帶鋼寬度確定板形調(diào)控功效系數(shù)矩陣中的參數(shù)，方法為：軋制力為橫坐標(biāo)，帶鋼寬度為縱坐標(biāo)，在此坐標(biāo)系下記錄至少25組工作輥彎輥、中間輥彎輥、中間輥橫移以及軋輥傾斜的調(diào)節(jié)量，并記錄每種執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)調(diào)節(jié)量后帶鋼的板形變化量，根據(jù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)量和導(dǎo)致帶鋼產(chǎn)生的板形變化量求解每個(gè)橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)交點(diǎn)處的板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)控功效，即為板形調(diào)控功效系數(shù)矩陣中的參數(shù)；

各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的板形調(diào)控功效計(jì)算方法為：

Eff=ΔY·(1./ΔU)=Δy1Δy2MΔym·1Δu11Δu2L1Δun=eff11eff12Leffnjeff21eff22MOeffm1effmn]]>

式中：Eff為板形調(diào)控功效系數(shù)矩陣；eff_mn為板形調(diào)控功效系數(shù)矩陣中的參數(shù)；ΔY為板寬方向的板形變化量矩陣；Δy_m為板寬方向的板形變化量矩陣中的參數(shù)；m為板寬方向上的測量點(diǎn)數(shù)目；ΔU為板形機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)量矩陣；Δu_n為板形機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)量矩陣中的參數(shù)；n為板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)目；

步驟二、確定用于實(shí)現(xiàn)替代調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)

板形調(diào)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括工作輥彎輥、中間輥橫移、中間輥彎輥、軋機(jī)傾斜；對(duì)各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)控功效系數(shù)曲線在同一坐標(biāo)系下進(jìn)行對(duì)比，并通過最小二乘算法尋找與工作輥彎輥具有相似調(diào)控功效系數(shù)的板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過計(jì)算分析得出工作輥彎輥、中間輥彎輥和中間輥橫移與工作輥彎輥具有相似調(diào)控功效系數(shù)，對(duì)板形的影響基本都是對(duì)稱的，因此確定用于工作輥彎輥調(diào)節(jié)超限時(shí)的替代板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有中間輥和中間輥橫移兩個(gè)；

步驟三、根據(jù)本周期所測帶鋼板形偏差，在閉環(huán)系統(tǒng)中使用評(píng)價(jià)函數(shù)計(jì)算各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)量；

評(píng)價(jià)函數(shù)為：

J=Σi=1m[gi(Δyi-Σj=1nΔuj·Effij)]2]]>

式中：J為評(píng)價(jià)函數(shù)；m為板寬方向上的測量點(diǎn)數(shù)目；g_i為板寬方向上各測量點(diǎn)的權(quán)重因子；Δu_j為第j個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)量；Eff_ij為第j個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)第i個(gè)測量段的板形調(diào)節(jié)功效系數(shù)，Δy_i為第i個(gè)測量段板形設(shè)定值與實(shí)際值之間的偏差；

使J最小時(shí)有：

∂J/∂Δuj=0,(j=1,2,L,n)]]>

可得n個(gè)方程，求解方程組可得各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的最優(yōu)調(diào)節(jié)量Δu_j，即軋輥傾斜調(diào)節(jié)量Δu_T、工作輥彎輥調(diào)節(jié)量Δu_WB、中間輥彎輥調(diào)節(jié)量Δu_IB和中間輥橫移調(diào)節(jié)量Δu_IS；

若計(jì)算后的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量Δu_WB超過其極限值Lim_wb，再檢查中間輥彎輥/橫移的調(diào)節(jié)量Δu_IB/Δu_IS是否超過其極限值Lim_ib/Lim_is，若不超限，則使用替代模式進(jìn)行控制，反之則使用正常控制模式；

步驟四、制定兩種替代工作輥彎輥控制模式，第一種替代控制模式的制定方法如下：

當(dāng)工作輥正彎輥的實(shí)際值已經(jīng)超限時(shí)，即：

WB_act≥WB_max·(k_{WB_max}-k_{WB_max_hyst})

式中：WB_act為工作輥彎輥的實(shí)際值；WB_max為工作輥彎輥的正極限值；k_{WB_max}為工作輥正彎輥極限約束系數(shù)，值在0～1之間取，按照實(shí)際生產(chǎn)情況設(shè)定；k_{WB_max_hyst}為工作輥正彎輥的響應(yīng)滯后因子；

在這種替代模式下，由于工作輥彎輥控制的實(shí)際值應(yīng)經(jīng)超限，根據(jù)步驟三求解得到本周期的工作輥彎輥附加量u_WB不再輸出給工作輥彎輥控制機(jī)構(gòu)，將中間輥彎輥/橫移作為替代工作輥彎輥控制的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；在中間輥彎輥和橫移控制都不超限的情況下，選擇中間輥彎輥?zhàn)鳛樘娲鷪?zhí)行機(jī)構(gòu)，若出現(xiàn)中間輥彎輥替代調(diào)節(jié)超限時(shí)，再使用中間輥橫移來進(jìn)行替代控制；

若滿足下式，則可以使用中間輥正彎輥控制替代工作輥正彎輥進(jìn)行板形調(diào)節(jié)；

IB_act+Δu_IB≤IB_max

式中：IB_act為本周期中間輥彎輥的實(shí)際值；Δu_IB為本周期由板形閉環(huán)控制系統(tǒng)，即步驟三計(jì)算得到的附加調(diào)節(jié)量；IB_max為中間輥正彎輥的設(shè)定極限值；

同理，當(dāng)工作輥負(fù)彎輥超過極限時(shí)，檢查中間輥負(fù)彎輥的實(shí)際值并附加本周期的調(diào)節(jié)量后是否超限，若不超限，則可將中間輥負(fù)彎輥?zhàn)鳛樘娲ぷ鬏亸澼伩刂频恼{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；

在上述的中間輥彎輥超限檢查時(shí)，若出現(xiàn)中間輥彎輥的實(shí)際值附加本周期的調(diào)節(jié)量超限，則運(yùn)用同樣的方法判斷中間輥橫移是否超限，若不超限，則使用中間輥橫移作為替代工作輥彎輥控制的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；若中間輥彎輥和橫移均超限，則取消替代控制模式，進(jìn)入正常控制模式；

第二種替代控制模式的確定方法如下：

工作輥彎輥的實(shí)際值還未超限，但附加本周期的彎輥調(diào)節(jié)量之后則會(huì)產(chǎn)生超限，即：

WB_act＜WB_max·k_{WB_max}＜WB_act+Δu_WB

Δu_WB為本周期計(jì)算的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量；

在這種情況下，制定的方案是，對(duì)本周期計(jì)算的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量Δu_WB進(jìn)行限幅處理，超限部分的工作輥彎輥量調(diào)節(jié)則采用替代控制方式，其它均與第一種替代模式相同；

步驟五、計(jì)算第一種替代模式下的工作輥彎輥、中間輥橫移、中間輥彎輥、軋機(jī)傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出量；

計(jì)算方法如下：

工作輥彎輥發(fā)生調(diào)節(jié)超限時(shí)，若替代執(zhí)行器為中間輥彎輥，中間輥彎輥附加調(diào)節(jié)量的計(jì)算方法為：

JIB=Σi=1m(ΔuWB·EffiWB-ΔuIB′·EffiIB)2]]>

式中：J_IB為替代調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為中間輥彎輥時(shí)的評(píng)價(jià)函數(shù)；Eff_iWB為工作輥彎輥的板形調(diào)控功效系數(shù)；Eff_iIB為中間輥彎輥的板形調(diào)控功效系數(shù)；Δu′_IB為替代控制的中間輥彎輥附加調(diào)節(jié)量，Δu_WB為本周期計(jì)算的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量；

使J_IB最小時(shí)有：

∂JIB/∂ΔuIB′=0]]>

字母

在滿足約束條件的情況下求解該偏微分方程，即可得到用于替代工作輥彎輥超調(diào)的中間輥彎輥附加調(diào)節(jié)量Δu′_IB，同時(shí)，還要對(duì)中間輥彎輥總的調(diào)節(jié)量是否超限進(jìn)行檢查，當(dāng)工作輥彎輥正彎輥超限時(shí)，即判斷下式是否成立：

IB_act+Δu_IB+Δu′_IB≤IB_max

若上式成立，則本周期中間輥彎輥的總附加調(diào)節(jié)量輸出為：

ΔU_IB＝Δu_IB+Δu′_IB

若上式不成立，即中間輥彎輥的總調(diào)節(jié)量超限，則對(duì)中間輥彎輥的總調(diào)節(jié)量進(jìn)行限幅輸出：

ΔU_IB＝IB_max-IB_act

當(dāng)工作輥彎輥負(fù)彎輥超限時(shí)，即判斷下式是否成立：

IB_act+Δu_IB+Δu′_IB≥IB_min

若上式成立，則本周期中間輥彎輥的總附加調(diào)節(jié)量輸出為：

ΔU_IB＝Δu_IB+Δ′_IB

若上式不成立，即中間輥彎輥的總調(diào)節(jié)量超限，則對(duì)中間輥彎輥的總調(diào)節(jié)量進(jìn)行限幅輸出：

ΔU_IB＝IB_min-IB_act

本周期內(nèi)其它未參與替代控制的軋輥傾斜調(diào)節(jié)量輸出ΔU_T、中間輥橫移的附加調(diào)節(jié)量輸出ΔU_IS不變，仍為：

ΔU_T＝Δu_T

ΔU_IS＝Δu_IS

在替代控制模式下，由于工作輥彎輥的實(shí)際值已經(jīng)超限，因此本周期的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量輸出設(shè)為0，即：

ΔU_WB＝0

同理，若替代執(zhí)行機(jī)構(gòu)為中間輥橫移時(shí)，替代控制模型仍采用以板形調(diào)控功效為基礎(chǔ)，建立最小二乘評(píng)價(jià)函數(shù)的思路，即：

JIS=Σi=1m(ΔuWB·EffiWB-ΔuIS′·EffiIS)2]]>

式中：J_IS為替代調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為中間輥彎輥時(shí)的評(píng)價(jià)函數(shù)；Eff_iIS為中間輥橫移的板形調(diào)控功效系數(shù)；Eff_iWB為工作輥彎輥的板形調(diào)控功效系數(shù)；Δu′_IS為替代控制的中間輥橫移附加調(diào)節(jié)量；

使J_IS最小時(shí)有：

∂JIS/∂ΔuIS′=0]]>

在滿足約束條件的情況下求解該偏微分方程，即可得到用于替代工作輥彎輥超調(diào)的中間輥橫移的附加調(diào)節(jié)量，同中間輥彎輥替代控制一樣，還要對(duì)中間輥橫移總的調(diào)節(jié)量是否超限進(jìn)行檢查，若不超限，則本周期中間輥橫移的總調(diào)節(jié)量輸出為：

ΔU_IS＝Δu_IS+Δu′_IS

若超限，則對(duì)中間輥橫移的總調(diào)節(jié)量進(jìn)行限幅輸出：

ΔU_IS＝IS_max-IS_act

式中：IS_max為中間輥橫移設(shè)定的最大值；IS_act為本周期中間輥橫移設(shè)定的實(shí)際值；

本周期內(nèi)其它未參與替代控制的軋輥傾斜調(diào)節(jié)量輸出ΔU_T不變，在中間輥橫移作為替代調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)時(shí)，中間輥彎輥的實(shí)際值IB_act疊加本周期的調(diào)節(jié)量Δu_IB后已經(jīng)超限，因此不再輸出閉環(huán)板形控制系統(tǒng)計(jì)算的調(diào)節(jié)量Δu_IB，而是進(jìn)行限幅輸出，由于工作輥實(shí)際值超限，因此工作輥的本周期輸出量仍舊為0；

同工作輥正彎輥超限一樣，工作輥負(fù)彎輥調(diào)節(jié)超限時(shí)的替代控制方案也是按照上述方法制定；

步驟六、計(jì)算第二種替代模式下的工作輥彎輥、中間輥橫移、中間輥彎輥、軋機(jī)傾斜調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出量；

計(jì)算方法如下：

本周期的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量限幅輸出為：

ΔU_WB＝WB_max·k_{WB_max}-WB_act

超限部分的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量為：

Δu′_WB＝Δu_WB-(WB_max·k_{WB_max}-WB_act)

同步驟五中的第一種替代控制模式一樣，執(zhí)行完用于替代控制的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)超限檢查后，制定第二種替代控制模式的計(jì)算方法：

JIB′=Σi=1m(Δ′uWB·EffiWB-ΔuIB′·EffiIB)2]]>

式中：J′_IB為替代控制模式B下替代調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為中間輥彎輥時(shí)的評(píng)價(jià)函數(shù)；

使J′_IB最小時(shí)有：

∂JIB′/∂ΔuIB′=0]]>

在滿足約束條件的情況下求解該偏微分方程，即可得到用于替代工作輥彎輥超調(diào)的中間輥彎輥附加調(diào)節(jié)量Δu′_IB，同時(shí)，還要對(duì)中間輥彎輥總的調(diào)節(jié)量是否超限進(jìn)行檢查，若超限，則進(jìn)行限幅輸出，反之，則正常輸出；

在第二種替代控制模式下，工作輥負(fù)彎輥調(diào)節(jié)超限時(shí)，替代控制模型的制定也是按照上述方式，工作輥彎輥的替代執(zhí)行機(jī)構(gòu)為中間輥橫移時(shí)，替代控制模型和中間輥彎輥?zhàn)鳛樘娲鷪?zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)的控制模型一樣，也是按照上述方案制定。