[發明專利]用于在具有測量延遲的雙輥帶鑄造中的周期性干擾的迭代學習控制

有效

• 申請號: 201880073167.7
• 申請日: 2018-09-21
• 公開（公告）號: CN111344088B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: F.M.布朗三世;G.T.C.趙;N.J.森達拉姆;H.B.里斯
• 申請（專利權）人: 紐科爾公司
• 主分類號: B22D11/06
• 分類號: B22D11/06;B22D11/16;C21D1/18;C21D8/02;C21D9/52;B21B37/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 王冉

一種雙輥鑄造系統，其中鑄輥在鑄輥之間具有輥隙，每個輥具有周長和旋轉周期。鑄輥控制器響應于控制信號來調節鑄輥之間的輥隙。傳感器測量鑄帶的至少一個參數。ILC控制器從傳感器接收帶測量信號，并將控制信號提供給鑄輥控制器。ILC控制器包括ILC控制算法，以生成基于帶測量信號的控制信號以及基于周長、旋轉周期和輥隙與傳感器之間的鑄帶長度的時間延遲估計，以補償從鑄帶離開輥隙到被鑄帶傳感器測量所經過的時間。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年9月22日向美國專利局提交的美國臨時申請號 62/562056和于2018年4月6日向美國專利局提交的美國臨時申請號 62/564304的優先權和利益，通過引用將二者全部內容并入本文。

背景技術

雙輥鑄造(TRC)是一種接近最終形狀的制造過程，用于生產鋼帶和其他金屬帶。在此過程中，將熔融金屬倒在兩個鑄輥的表面上，這兩個鑄輥同時冷卻金屬并將其固化成接近最終厚度的帶。隨著輥旋轉，輥的形狀和熱力學特性的角度變化會在帶的厚度輪廓中產生周期性干擾。這樣的一個示例是，帶的一側因輥邊緣之間的相對間隙距離的變化而被無意中鑄造得比另一側厚。這種干擾稱為楔形，其存在會影響最終帶的質量。然而，由帶的鑄造和測量之間存在較大延遲而使得補償這種干擾復雜。

過去，研究人員一直專注于TRC過程的穩定性以及改善其整體性能。具體而言，許多研究人員分析了各種過程參數之間的相互作用以及這些相互作用如何影響過程的穩態行為。然而，幾乎沒有做任何工作來解決基于每轉發生的干擾。如果不解決這些干擾，以前的作者得出的許多穩態模擬將無法實現他們概述的厚度性能目標。

由于TRC的旋轉特性，輥的最顯著動態是周期性的。這使得基于學習的控制算法成為解決每轉干擾的理想方法。迭代學習控制(ILC)是用于消除重復過程中發生的周期性干擾的流行控制技術。迭代學習控制利用過程的可重復性來消除來自該過程的周期性干擾的影響。ILC最初于1980年代提出，已用于改善機器人技術、化學處理和制造領域中各種系統的跟蹤性能。 ILC算法使用來自先前試驗的誤差信號(在這種情況下為滾動旋轉)來生成對將在下一次試驗期間應用的輸入信號的修改。

許多ILC算法假定過程中沒有時間延遲。然而，在實際應用中，并非總是如此。研究人員先前已經開發了ILC算法，以補償在過程的單次迭代中發生的時間延遲。表明在延遲時間固定且延遲長度小于一次迭代長度的假設下，確保對于較小時間延遲估計誤差收斂。然而，這些算法并未擴展到實際上是多次迭代長度的時間延遲的情況，在包括雙輥鋼鑄造的各種應用中就是如此。他們也沒有考慮時間延遲隨時間變化的情況。

由于雙輥帶鑄造的旋轉特性，許多干擾可以表示為鑄輥的旋轉位置的函數。然而，由于許多物理限制，帶特征傳感器與系統致動器不在同一位置。結果，時間延遲可能超過過程的單次迭代的持續時間，即鑄輥的一個完整旋轉。這意味著在這些測量值可以與反饋算法結合使用以控制過程之前需要準確的時間延遲估計。

為了考慮時間延遲的可變性，需要時間延遲估計算法。最常見的時間延遲估計算法使用基于相關性的方法來估計過程內的時間延遲。然而，過程的周期性使基于相關性的方法不可靠，尤其是當延遲是多個周期長度時。這是因為周期性導致相關函數對于搜索窗口內的每個周期具有局部最大值。

發明內容

為了克服這些基本挑戰，本文提供了一種用于重復過程的時間延遲估計方法，其中時間延遲大于一次迭代。該方法首先將時間延遲的搜索窗口縮小到包含該過程的單個周期的延遲值的間隔。然后可以使用基于相關性的方法來找到較小間隔內的實際延遲。

特別地，針對一類周期性或重復性過程描述了一種ILC算法，該過程的可變時間延遲大于一次迭代長度。延遲被分為兩個分量：基于單個延遲周期內包含的迭代次數的n_k分量和定義為實際延遲與n_k分量之間的殘差的τ分量。然后，該結構使得能夠推導ILC算法的穩定性定律，其是n_k和τ的估計誤差的函數。