[發明專利]一種冷軋電工鋼的邊降自動控制方法

有效

• 申請號: 201511008464.8
• 申請日: 2015-12-29
• 公開（公告）號: CN105618490B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 王曉晨;孫友昭;楊荃;王漢宸;胡強;王燕龍;梁治國;何飛;馬粹
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B21B37/20
• 分類號: B21B37/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司11237
• 代理人: 張仲波

1.一種冷軋電工鋼的邊降自動控制方法，其特征在于該控制方法分為設定控制部分與在線控制部分兩部分內容，詳細內容如下：

設定控制部分：

設定控制部分分為設定值計算與自學習計算兩部分：

1)設定值計算部分：

設定值計算部分包括三種設定計算模式：邊降設定模式、邊降預設定模式、邊降再設定模式；設定值計算部分主要在先后兩個時刻觸發，分別為鋼卷進入軋制計劃和鋼卷進入第一機架入口之前的邊降儀且邊降儀檢測到穩定來料斷面數據，在每個觸發時刻均進行三種設定計算模式的選擇并只選擇一種模式進行計算，當鋼卷進入軋制計劃時，獲取當前各機架竄輥邊降調控功效系數并判斷是否發生改變，若發生改變則觸發邊降設定模式，反之，則觸發邊降預設定模式；當鋼卷通過第一機架入口之前邊降儀且邊降儀檢測到穩定來料斷面數據時，獲取入口斷面檢測數據與預設入口斷面數據的偏差，若偏差超出給定限幅，則觸發邊降再設定模式，若未超出給定限幅，則再次獲取當前各機架竄輥邊降調控功效系數并判斷是否發生改變，若發生改變則觸發邊降設定模式，反之，則觸發邊降預設定模式；三種設定計算模式的詳細內容如下：

邊降設定模式，主要包括以下步驟：

①獲取參與邊降控制的工作輥竄輥機架數3，選取距離帶鋼最邊部x₁mm、x₂mm、x₃mm的3個點作為邊降自動控制的目標點，其中x₁<x₂<x₃，定義i＝1,2,3，則x_i∈{x₁,x₂,x₃}；

②獲取冷軋電工鋼連軋機組第一機架入口前的入口邊降儀實測的來料帶鋼距離最邊部x_i mm處的厚度和距離最邊部120mm處的的厚度H₁₂₀與冷軋電工鋼第五機架出口處帶鋼距離最邊部x_imm處的厚度和距離最邊部120mm處的的厚度h₁₂₀、定義實測來料邊降其中和分別為傳動側和操作測實測來料邊降；定義冷軋電工鋼第五機架出口處帶鋼距離最邊部x_imm處的目標邊降第j機架距離帶鋼邊部x_imm處的竄輥邊降調控功效系數儲存值為來料帶鋼距離最邊部x_imm處的預設邊降熱軋來料對冷軋最終出口邊降影響系數ξ、距離帶鋼邊部x_imm處的基準邊降值的值，根據下列方程組可求得到第j機架工作輥竄輥量設定量

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}{S}_j^1+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,p}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^g\\ \underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_2,j}{S}_j^1+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_2}^{en,p}+d_{x_2}^0=d_{x_2}^g\\ \underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_3,j}{S}_j^1+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_3}^{en,p}+d_{x_3}^0=d_{x_3}^g\end{array}\right.---\left(1\right)$

③邊升判斷控制，主要包括以下步驟：

獲取最終出口帶鋼距離最邊部x_imm的邊升最大允許值邊升調節步長a；

計算得到距離帶鋼最邊部x_imm處的

$d_{x_i}^{EU}=\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_i,j}{S}_j^1-{\mathrm{\&xi;D}}_{x_i}^{en,p}-d_{x_i}^0;---\left(2\right)$

設考慮邊升的第j機架插入量為S_j，判斷不等式是否成立；若同時成立，則S_j不變；若不成立，則相應調節規則為：當時，則S₁＝S₁-a、S₂＝S₂-a、S₃＝S₃-a；當而時，則S₂＝S₂-a、S₁＝S₁-a；當且而時，則S₁＝S₁-a；計算完成后再次判別三個不等式，直至不等式都同時成立；

④總插入量限幅，主要包括以下步驟：

獲取第j機架工作輥竄輥量最大值第j機架工作輥竄輥量最小值第j機架工作輥竄輥量儲存值

判斷不等式和是否成立；若成立，令若成立，令否則S_j的值不改變；

計算出第j機架工作輥竄輥量設定值同時更新存儲值至此，邊降設定模式下的計算完成；

邊降預設定模式，主要包括以下步驟：

①獲取第j機架工作輥竄輥量儲存值第j機架工作輥竄輥量自學習系數儲存值L_j；

②計算出第j機架工作輥竄輥量設定值至此，邊降預設定模式下的計算完成；

邊降再設定模式：

邊降再設定模式與邊降設定模式的計算步驟完全完全相同，其唯一區別在于其用讀取的實測來料邊降代替了邊降設定模式步驟②中的

2)自學習計算部分：

自學習計算部分包括工作輥竄輥量自學習和竄輥邊降調控功效系數自學習兩部分；

工作輥竄輥量自學習部分，主要包括以下步驟：

①給定第j機架工作輥竄輥量儲存值第j機架工作輥竄輥量自適應系數儲存值β_j、第j機架工作輥竄輥量自學習系數儲存值L_j、自適應累加最大次數的初始值、第j機架工作輥竄輥量的當前值采樣厚度數據個數n、允許采樣厚度最大值h_max、允許采樣厚度最小值h_min；同時讀取自適應計算觸發周期T₂，入口和出口兩臺邊降的采樣周期相同記為T₁，其中T₂＝n*T₁，判斷T₂周期內是否所有n個T₁周期的采樣數據h₀是否都滿足：h_min<h₀<h_max，若不滿足則不進行自適應計算，若滿足則進行自適應計算；

②自適應計算：

定義自適應累加次數i_sf，令i_sf＝0；

按照下述指數平滑公式計算得到工作輥竄輥量自適應新系數

${\mathrm{\&beta;}}_j^{*}={\mathrm{\&beta;}}_j+\mathrm{\&alpha;}(S_j^{now}-S_j^{save}-{\mathrm{\&beta;}}_j)---\left(3\right)$

式中α為自適應增益系數，為第j機架工作輥竄輥量的當前值，mm；

更新自適應系數儲存值同時令i_sf＝i_sf+1，判斷不等式是否成立，若不成立則重新返回步驟①，若成立則轉入步驟③；

③自學習系數計算，按指數平滑公式計算出自學習新系數

式中為自學習增益系數；

更新自學習系數儲存值令i_sf＝0，至此一次工作輥竄輥自學習完成；

竄輥邊降調控功效系數自學習部分，主要包括以下步驟：

①獲取第j機架工作輥竄輥量自學習系數儲存值L_j、第j機架自學習系數的最大值針對j＝1,2,3機架，分別判斷不等式是否成立，若任一不等式成立，則轉入步驟②，否則不觸發竄輥邊降調控自學習部分的計算；

②取3組不同時刻(定義t_k，k＝1,2,3)的第j機架工作輥竄輥量的值按照下述方程組求得新的竄輥邊降調控功效

$\left\{\begin{array}{c}-\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}^{*}{S}_j^{t_1}+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,t_1}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^{t_1}\\ -\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}^{*}{S}_j^{t_2}+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,t_2}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^{t_2}\\ -\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}^{*}{S}_j^{t_3}+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,t_3}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^{t_3}\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中為t_k時刻的實測第j機架工作輥竄輥量，mm；為t_k時刻的熱軋來料距離邊部x₁mm邊降實測值，μm；為t_k時刻的冷軋產品距離邊部x₁mm處的對應的實測邊降值，μm；

③更新竄輥邊降調控功效系數儲存值至此一次竄輥邊降調控自學習完成；

同樣方法可以求得新的竄輥邊降調控功效與

在線控制部分：

在線控制部分分為閉環反饋控制與前饋控制兩部分：

1)閉環反饋控制部分：

閉環反饋控制部分是計算出第j機架工作輥竄輥量的在線調整量ΔS_j和工作輥彎輥力的在線調整量ΔF_j，主要包括以下步驟：

①出口邊降儀數據處理，記邊降自動控制的最小程序周期為T₃，T₃大于邊降儀的采樣周期T₁，將T₃時間內所有來料邊降實測值取平均得到距離帶鋼邊部x_imm處的平均來料邊降實測值和所有成品帶鋼邊降實測值取平均得到距離帶鋼邊部x_imm處的平均成品帶鋼邊降實測值

②邊升判斷控制，主要包括以下步驟：

獲取最終出口帶鋼距離最邊部x_imm的邊升最大允許值

計算得到距離帶鋼邊部x_imm處的平均成品帶鋼邊升值

設考慮邊升的第j機架插入量為S_j，判斷不等式是否成立，若同時成立，則轉入步驟③；若不成立，則相應調節規則為：當時，則S₁＝S₁-a、S₂＝S₂-a、S₃＝S₃-a；當而時，則S₂＝S₂-a、S₁＝S₁-a；當且而時，則S₁＝S₁-a；計算完成后再次判別不等式，直至不等式都同時成立，計算完成轉入步驟③；

③根據邊降計算插入量：獲取第j機架距離帶鋼邊部x_imm處的竄輥邊降調控功效系數儲存值冷軋電工鋼第五機架出口處帶鋼距離最邊部x_imm處的目標邊降按式(6)計算得到各機架的工作輥竄輥量的在線調節量

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}{\mathrm{\&Delta;S}}_j^1=d_{x_1}^{avg}-d_{x_1}^g\\ \underset{j=j}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_2,j}{\mathrm{\&Delta;S}}_j^1=d_{x_2}^{avg}-d_{x_2}^g\\ \underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_3,j}{\mathrm{\&Delta;S}}_j^1=d_{x_3}^{avg}-d_{x_3}^g\end{array}\right.---\left(6\right)$

④邊部楔形控制，主要包括以下步驟：取帶鋼操作側距離最邊部15mm處平均成品帶鋼邊降實測值中的和傳動側距離最邊部15mm處平均成品帶鋼邊降實測值計算得到邊部楔形值W_e：

$W_e=d_{15,ws}^{avg}-d_{15,ds}^{avg}---\left(7\right)$

計算出插入量針對楔形的操作側工作輥竄輥量的在線調節量和傳動側工作輥竄輥量的在線調節量

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^W=-0.25W_e/K_j^W\\ {\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^W=0.25W_e/K_j^W\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中為第j機架邊部楔形調節系數；

⑤變增益計算，主要包含以下步驟：按下列公式計算得到速度增益系數G_v：

$G_v=G_z{T}_3/\left(\underset{j=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}\frac{D_{S_J}}{v_j}\right)---\left(9\right)$

式中G_v為速度增益系數；G_z為速度增益縮放系數；T₃為L1控制器的最小程序執行周期，s；為第j機架與第j+1機架間距離，m；v_j為第j機架出口帶鋼速度，m/s；

計算得步驟⑤所屬的經變增益后的操作側和傳動側的第j機架工作輥竄輥量在線調整量和

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^2=G_v({\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^1+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^W)\\ {\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^2=G_v({\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^1+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^W)\end{array}\right.---\left(10\right)$

式中和即前述的在操作側(ws)和傳動側(ds)對應的值；

⑥將分別與竄輥調節步長b比較，若則令若則令其他情況均令若則令若則令其他情況均令

⑦累加器控制計算，主要包含以下步驟：累加計算，不斷累加前述工作輥竄輥量在線調整量得到累加器存儲記憶的操作側和傳動側的第j機架工作輥竄輥量在線調整量和

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^3={\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^3+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^2\\ {\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^3={\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^3+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^2\end{array}\right.---\left(11\right)$

式中和的初值均為0；

設步驟⑦所屬的操作側和傳動側的第j機架工作輥竄輥量在線調整量為和

判斷不等式或是否成立，若成立，則令或然后轉入步驟⑧并將和分別置零并作為下一個邊降自動控制最小程序周期的初始值；若不成立，則令且然后轉入步驟⑧，并將當前和作為下一個邊降自動控制最小程序周期的初始值；

⑧總插入量限幅：

判斷不等式或是否成立；若成立，則令或分別為零后轉入步驟⑨；若不成立，則直接轉入步驟⑨；

⑨帶鋼低速保護，獲取當前第5機架出口帶鋼速度v₅，判斷不等式是否成立；式中為低速保護臨界速度；

設步驟⑨所屬的操作側和傳動側的第j機架工作輥竄輥量在線調整量為和

若不等式成立，則令并轉入步驟⑩；若不等式不成立，則令并轉入步驟⑩；

⑩計算得到第j機架對應的工作輥彎輥力在線補償調節量：

${\mathrm{\&Delta;F}}_j^B=0.5({\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^5+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^5)K_j^B---\left(12\right)$

式中為第j機架對應的彎輥力補償增益調節系數，kN/mm；

計算出第j機架的上、下工作輥竄輥量的實時輸出值和第j機架工作輥彎輥力的實時輸出值F_j：

$S_j^{up}=S_j^{SET}+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^5---\left(13\right)$

$S_j^{bt}=S_j^{SET}+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^5---\left(14\right)$

$F_j=F_j^{now}+{\mathrm{\&Delta;F}}_j^B---\left(15\right)$

式中為當前的第j機架彎輥力，kN；為第j機架對應的彎輥力補償調節量，kN；

輸出上、下工作輥竄輥量的實時輸出值和工作輥彎輥力的實時輸出值F_j到相應執行機構，調節冷軋電工鋼的邊降大小，從而實現對冷軋電工鋼邊降的反饋控制；

2)前饋控制部分：

①前饋調節觸發條件判斷：當入口邊降儀檢測到距離最邊部x₁mm處的來料邊降與相應處的來料目標邊降相差小于允許值D_p即：當時不進行前饋調節；反之，則觸發前饋調節計算；

②設置序號為1、2、3的3個移位寄存器，3個移位寄存器的周期分別為t_p，p＝1,2,3，將當前檢測到的來料邊降不斷保存在3個移位寄存器的緩沖區中；

③判斷移位寄存器中測得的來料邊降位置是否已到達竄輥控制機架j：

當j＝1時：

$t_1^d=\frac{x^n}{v^n}---\left(16\right)$

當j≥2時：

$t_j^d=\underset{j=1}{\overset{j}{\&Sigma;}}\frac{x_j^d}{v_j^d}-\frac{x_1^d}{v_1^d}+\frac{x^n}{v^n}---\left(17\right)$

式中xⁿ為入口邊降儀檢測位置到第1機架(對應竄輥控制機架)的距離，m；vⁿ為入口邊降儀檢測位置到第1機架入口時段的帶鋼速度，m/s；為第j-1機架出口帶鋼速度，m/s；為第j機架到j-1機架之前的距離，m；為鋼卷從入口邊降儀檢測位置到第j機架(對應竄輥控制機架)所需時間，s；

當時，輸出序號為p的移位寄存器中存儲的來料邊降值

④按照下式計算得到第j機架的插入量前饋量調節量并輸出到執行機構進行前饋調節：

${\mathrm{\&Delta;S}}_j^F={\mathrm{\&alpha;}}_j(D_{x_1}^{en}-D_{x_1}^{en,g})---\left(18\right)$

式中為第j機架對應的前饋插入量調節量，mm；α_j為第j機架邊降前饋修正系數。