雙機架平整機延伸率控制方法
2023-04-29 15:47:06
專利名稱：雙機架平整機延伸率控制方法
技術領域：
本發明涉及冷軋帶鋼的一種軋制方法，特別涉及雙機架平整機冷軋薄帶鋼延伸率控制方法。
背景技術：
冷軋平整是對經過再結晶退火後的帶鋼以較小的塑性變形(延伸率一般為O. 2% 3%)進行軋制，以消除屈服平臺、控制板形，並得到要求的表面形貌的軋制過程。無論是傳統的還是現代的冷軋工藝過程，平整都是必不可少的生產環節之一。由於平整是決定成品的帶鋼板形、機械性能的最後一道工序，所以，平整機的延伸率和板形控制，對於提高冷軋帶鋼的質量具有非常重要的意義。
帶鋼延伸率閉環控制是平整機重要的控制功能之一，是保證退火後帶鋼機械性能與外形質量的主要手段。目前平整機主要有恆延伸率控制(即延伸率閉環控制)和恆軋制壓力控制(即軋制壓力閉環控制)兩種控制方式。對於平整機延伸率閉環控制，當延伸率實際值偏離延伸率設定值，通過調整平整軋制壓力或帶鋼張力，使實際延伸率回歸目標值。一般來說，對於厚度較薄、材質較硬的帶鋼，平整延伸率對張力比較敏感，通常採用調整張力方式控制延伸率；對於厚度較厚、材質較軟的帶鋼，平整延伸率對軋制力比較敏感，通常採用調整軋制力方式控制延伸率。日本專利JP05069019A提出了一種單機架平整機延伸率模糊控制方法，根據延伸率實測值與延伸率設定值的偏差，通過預先設計的模糊推理法則，分別計算確定壓下量延伸率控制增益和張力延伸率控制增益，相應地調節平整軋制力或機架入口帶鋼張力。美國專利US4760723A提出了一種單機架軋機延伸率控制方法，根據延伸率實測值與延伸率設定值的偏差，對軋制力進行相應的調節，與此同時，為了消除軋制力調節對張力的影響，根據軋制力實測值與軋制力設定值的偏差，對張力進行相應的補償控制。板帶冷軋軋制理論和實踐表明，帶鋼平整軋制過程中，軋制力和張力二者之間是相互耦合的，軋制力變化往往會引起張力波動，反之，張力變化也會引起軋制力波動。在現有的帶鋼雙機架平整中，一般採用的延伸率閉環控制方法是根據I號機架平整機和2號機架平整機的總延伸率實測值與總延伸率設定值的偏差，通過調節I號平整機輥縫壓下量(軋制力)消除延伸率偏差。為了保證平整後帶鋼的表面質量和板形良好，2號機架通常採用恆軋制力控制。在現有的平整機延伸率閉環控制方法中，由於通常將軋制力控制和張力控制設計為兩個相互獨立的控制環節，在帶鋼雙機架平整過程投入延伸率閉環控制時，容易出現帶鋼張力、軋制力大幅度波動，延伸率控制精度較差等問題，特別是在平整加速、減速過程中表現更為明顯。
發明內容
本發明的目的在於提供一種雙機架平整機延伸率控制方法，該控制方法能提高極薄帶鋼(一般指厚度小於O. 3mm)雙機架平整機延伸率控制精度，減小延伸率閉環控制時帶鋼張力、軋制力等的波動，提高雙機架平整過程的穩定性。為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案
一種雙機架平整機延伸率控制方法，其步驟是
1)在I號機架平整機入口和2號機架平整機出口分別配置I套測速儀，用於實施檢測各自位置處的帶鋼速度，作為延伸率檢測器的輸入；
延伸率檢測器的輸出為
Smt = ^............=............^.......X 100 %
式中一I號機架平整機入口帶鋼速度實測值 —2號機架平整機出口帶鋼速度實測值^——帶鋼平整延伸率實測值；
2)平整延伸率實測值減去延伸率設定值，得到延伸率偏差值
Δ 卜
式中'Ls——延伸率偏差值
—帶鋼平整延伸率設定值，來自機組過程控制計算機L2，根據產品工藝要求確
定;
3)延伸率反饋控制器根據延伸率偏差值的大小，確定是否需要調節張力或軋制力，
即
當|Δ#Δβ^吋，調節張力或者乳制力；
當|Δ Δ ，不調節張力和軋制力
式中—延伸率閉環控制閾值，> O，一般根據延伸率閉環控制精度要求確定；
4)對於極薄帶鋼平整過程中的延伸率採用張力調節控制，當I號機架平整機和2號機架平整機的總延伸率實測值與總延伸率設定值的偏差超出給定範圍時，根據延伸率的偏差值分別計算確定I號機架平整機入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力
調節量；
5)在通過張力調節控制延伸率的同時，根據I號機架平整機入口張力調節量和機架間張力調節量，對I號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償；根據機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量，對2號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償。當I號機架入口張力實測值、機架間張力實測值和2號機架出口張力實測值同時達到各自的給定上限，並且I號機架入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量均為正值時，不進行張力調節；
或者當I號機架入口張力實測值、機架間張力實測值和2號機架出口張力實測值同時達到各自的給定下限，並且I號機架入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量均為負值時，不進行張力調節；
根據延伸率的偏差值計算確定I號機架平整機軋制力調節量；在通過I號機架軋制力調節控制延伸率的同時，根據I號機架平整機軋制力調節量，分別對I號機架平整機入口張力和機架間張力進行相應的前饋控制補償。本發明是一種雙機架平整機延伸率閉環控制方法，能提高極薄帶鋼(一般指厚度小於O. 3mm)雙機架平整機延伸率控制精度，減小延伸率閉環控制時帶鋼張力、軋制力等的波動，提高雙機架平整過程的穩定性。
圖I為本發明中的張力調節方式雙機架平整機延伸率控制功能示意圖。圖2為本發明中的軋制力調節方式雙機架平整機延伸率控制功能示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明。一、延伸率檢測
如圖I和圖2所示，為了保證延伸率的檢測精度，在I號機架平整機入口和2號機架平整機出口分別配置I套測速儀(一般採用高精度的雷射測速儀)，用於實施檢測各自位置處的帶鋼速度，作為延伸率檢測器的輸入。同時為了確保延伸率檢測的可靠性，在I號機架平整機入口張力輥、2號機架平整機出口張力輥上分別配置I套高解析度的編碼器，通過檢測張力輥的轉速間接檢測各自位置處的帶鋼速度。生產過程中一旦測速儀出現故障，帶鋼速度檢測信號由測速儀自動切換到編碼器。雙機架平整機帶鋼平整延伸率定義
ε = ^.....^...........~.............^.......X 100 %
式中In —某一段帶鋼進入I號機架之前長度(簡稱平整前長度)
—該段帶鋼經過I號平整機與2號平整機平整後的長度(簡稱平整後長度) ε —該段帶鋼平整延伸率
帶鋼在平整過程中寬度方向延伸很小，可以忽略不計。對上述延伸率公式的等號右邊上下都除以時間，則可根據平整前和平整後帶鋼速度得到平整延伸率。如圖I和圖2所示，延伸率檢測器的輸出為
Vt - Ft
100 %
mV1
式中G——I號機架平整機入口帶鋼速度實測值 G——2號機架平整機出口帶鋼速度實測值
——帶鋼平整延伸率實測值。二、延伸率偏差確定
平整延伸率實測值減去延伸率設定值，得到延伸率偏差值
Ae
式中Δ ——延伸率偏差值^—帶鋼平整延伸率設定值，來自機組過程控制計算機L2，根據產品工藝要求確
定
如圖I和圖2所示，延伸率反饋控制器根據延伸率偏差值的大小，確定是否需要調節張力或軋制力，即
當|Δ#Δ&吋，調節張力或者軋制力；
當|Δe| <Δ,不調節張力和軋制力
式中—延伸率閉環控制閾值，> O，一般根據延伸率閉環控制精度要求確定。 三、張力調節量確定及輸出
考慮到極薄帶鋼平整過程中調節張力對於控制延伸率比較有效，此外，為了保持I號機架平整機入口與出口張力差(即I號機架入口張力實測值與機架間張力實測值之間的差值)、2號機架平整機入口與出口張力差(即機架間張力實測值與2號機架出口張力實測值與之間的差值)基本穩定，當I號機架平整機和2號機架平整機的總延伸率實測值與總延伸率設定值的偏差超出給定範圍時，根據延伸率的偏差值分別計算確定I號機架平整機入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量，通過共同發揮三個張力對延伸率的調節作用，達到及時平穩地消除延伸率偏差、實現高精度延伸率閉環控制的目的。如圖I和圖2所示，I號機架平整機速度為雙機架平整機組的基準速度，由主令速度(MRH)進行設定控制，在延伸率閉環控制中不作調節。如圖I所示，延伸率反饋控制器根據延伸率偏差值，分別計算確定I號機架平整機入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量
=_r
式中'HT1J 一 I號機架平整機入口張力調節量 Oamn^——I號機架平整機入口張力控制增益
^ de Vs
r ——I號機架平整機入口張力7；對延伸率e影響係數，=
Kn_z3iiV
—微分算子，以下相同)，是帶鋼材質、規格以及平整工藝參數等的函數，可以由理論模型計算得到或者實驗得到；
』12 z — ^*12 t X ^ jj
式中—機架間張力調節量 —機架間張力控制增益
3 ε V ε
r —機架間張力7；2對延伸率e影響係數，是帶鋼材質、規
^ΤΥΛ_τΟ γΛ V ^12
格以及平整工藝參數等的函數，可以由理論模型計算得到或者實驗得到；
^2_τ ~_τ式中 ,— 2號機架平整機出口張力調節量 σ _Γ— 2號機架平整機出口張力控制增益
01 g*已
Kr2——2號機架平整機出口張力T2對延伸率影e響係數，[n.2j = %，是
帶鋼材質、規格以及平整工藝參數等的函數，可以由理論模型計算得到或者實驗得到。如圖I所示，延伸率反饋控制器根據張力實測值、張力調節量，按以下控制策略綜合確定各個張力控制輸出比例係數
h _ Jo-如果 ■ ^ ■ 』並且 Ar1 Γ > ο Γ1-Γ = [O,如果 h < Tljiw ,並且 LT1J < O 式中.,Raiio7l^ 一一 I號機架平整機入口張力控制輸出比例係數
'T1^— I號機架平整機入口張力實測值
_-——I號機架平整機入口張力實測值允許上限
_ι^——I號機架平整機入口張力實測值允許下限；
FMiQ . _ I0· 如果 T11 之 ZlL > 並且 ΔΓ12_；τ > O ri2_r |θ, 如果 Tj2 T12_&w ,並且 LrF12 j < O
式中'ΒΜ ο Υ _τ一機架間張力控制輸出比例係數
τ _ολ-機架間張力實測值
ι_-—機架間張力實測值允許上限
巧—機架間張力實測值允許下限；
_ JO,如果 Γ2__ 2Γ2_.，並且 ΔΓ3_γ >0 如 = [O,如果 T2-站 iT2_&w，並且 Ι\Τ2_ < O
式中Μ θη_τ- 2號機架平整機出口張力控制輸出比例係數
——2號機架平整機出口張力實測值 ——2號機架平整機出口張力實測值允許上限 了W——2號機架平整機出口張力實測值允許下限；
Riiio τι τ + Ratio Γ12 τ + Ritio Τ2 r OEaiio Γ12 ζ > OEaiio Τ2 r > O
如圖I所示，延伸率反饋控制器將張力調節量乘以張力控制輸出比例係數後，輸出到相應的張力控制器rEaiio ri_t X Af1^ 入口張力控制器 ATRl艦。τη_τ <ΔΓ12_γ 機架間張力控制器 ATR2 。
、『馳。 _ f X Δ Γ2」4出口張力控制器 ATR3四、軋制力補償量確定
在通過張力調節控制延伸率的同時，為了減小張力調節引起的軋制力波動、保持兩個機架軋制力基本穩定，根據I號機架平整機入口張力調節量和機架間張力調節量，對I號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償；根據機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量，對2號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償。如圖I所示，張力對軋制力前饋控制器I根據I號機架平整機入口張力調節量和 機架間張力調節量，確定並輸出I號機架平整機軋制力前饋控制補償量
LP1 T = Gainn T ^1XAT1 r +JCn2 n χΔΤ12 f)
式中·ΑΡι_τ——I號機架平整機軋制力前饋控制補償量
Gamnj 一 I號機架軋制力前饋控制增益係數
——I號機架入口張力(對I號機架軋制力Λ影響係數，
. (de) /(de) Kn,
Kri P1 = - / --=-—
de Ve
- I號機架軋制力Λ對延伸率6影響係數，，是帶鋼材質、規
格以及平整工藝參數等的函數，可以由理論模型計算得到或者實驗得到
— 機架間張力T12對I號機架軋制力P1影響係數，
/ \ if if^ \ δε ) I δε κη·2_ι
^tva _η = ~^Γ I=；
\^ ·2/. \ ι/ 犬· Ι_γ
如圖I所示，張力對軋制力前饋控制器2根據機架間張力調節量和2號機架平整機出口張力調節量，確定並輸出2號機架平整機軋制力前饋控制補償量
= dnri_T X ([Γ12__ρ2 χ ^·Τη_τ + ^T2_i>2 x 成2_:)
式中.AP2j一 2號機架軋制力前饋控制補償量 Oamn_T一 2號機架軋制力前饋控制增益係數
Kri2_n — 機架間張力T12對2號機架軋制力P2影響係數，
r de ) K ag I [既:
r - 2號機架軋制力Z72對延伸率e影響係數，仏2」,是帶鋼材質、
規格以及平整工藝參數等的函數，可以由理論模型計算得到或者實驗得到KT2_F2——2號機架出口張力Γ2對2號機架軋制力A影響係數，
權利要求
1.一種雙機架平整機延伸率控制方法，其特徵是，其步驟是 1)在I號機架平整機入口和2號機架平整機出口分別配置I套測速儀，用於實施檢測各自位置處的帶鋼速度，作為延伸率檢測器的輸入； 延伸率檢測器的輸出為 F1 - V,= ~100 % 式中K 一 I號機架平整機入口帶鋼速度實測值 ^——2號機架平整機出口帶鋼速度實測值 ^——帶鋼平整延伸率實測值； 2)平整延伸率實測值減去延伸率設定值，得到延伸率偏差值 式中 上ε——延伸率偏差值 ^—帶鋼平整延伸率設定值，來自機組過程控制計算機L2，根據產品工藝要求確定; 3)延伸率反饋控制器根據延伸率偏差值的大小，確定是否需要調節張力或軋制力，即當M調節張力或者軋制力；當|Δ O，一般根據延伸率閉環控制精度要求確定； 4)對於極薄帶鋼平整過程中的延伸率採用張力調節控制，當I號機架平整機和2號機架平整機的總延伸率實測值與總延伸率設定值的偏差超出給定範圍時，根據延伸率的偏差值分別計算確定I號機架平整機入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量； 5)在通過張力調節控制延伸率的同時，根據I號機架平整機入口張力調節量和機架間張力調節量，對I號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償；根據機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量，對2號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償。
2.根據權利要求I所述的雙機架平整機延伸率控制方法，其特徵是所述在步驟4)中，延伸率反饋控制器根據延伸率偏差值，分別計算確定I號機架平整機入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量AT1 z = Oamn ζ χΑε/Kn ζ 式中 ——I號機架平整機入口張力調節量 (lainnj——I號機架平整機入口張力控制增益r ——I號機架平整機入口張力/;對延伸率e影響係數，，其中
3.根據權利要求2所述的雙機架平整機延伸率控制方法，其特徵是所述在步驟5)中，張カ對軋制カ前饋控制器I根據I號機架平整機入口張カ調節量和機架間張カ調節量，確定並輸出I號機架平整機軋制カ前饋控制補償量
4.根據權利要求I所述的雙機架平整機延伸率控制方法，其特徵是 當I號機架入口張カ實測值、機架間張カ實測值和2號機架出口張カ實測值同時達到各自的給定上限，並且I號機架入口張カ調節量、機架間張カ調節量和2號機架出口張カ調節量均為正值時，不進行張カ調節； 或者當I號機架入口張カ實測值、機架間張カ實測值和2號機架出口張カ實測值同時達到各自的給定下限，並且I號機架入口張カ調節量、機架間張カ調節量和2號機架出口張カ調節量均為負值時，不進行張カ調節； 根據延伸率的偏差值計算確定I號機架平整機軋制カ調節量； 在通過I號機架軋制カ調節控制延伸率的同時，根據I號機架平整機軋制カ調節量，分別對I號機架平整機入口張カ和機架間張カ進行相應的前饋控制補償。
5.根據權利要求4所述的雙機架平整機延伸率控制方法，其特徵是延伸率反饋控制器根據延伸率偏差值，計算確定I號機架平整機軋制カ調節量AP1 r = Oainn z XAe^Kr1 r 式中——I號機架乳制力調節量 Gamn) 一 I號機架軋制カ控制增益 ^ι_Γ——I號機架軋制カ對延伸率影響係數 延伸率反饋控制器根據I號機架軋制實測值、軋制カ調節量，確定I號機架軋制カ控制輸出比例係數滅Jo. 如果P、-さ，並且叫ノ > O ei~z IO, 如果 P1 m < P, ,並且 iiP\ t < ο 式中一一 I號機架平整機軋制カ控制輸出比例係數，むしS1.0化-——I號機架平整機軋制カ實測值 民_-— I號機架平整機軋制カ實測值允許上限 ——I號機架平整機軋制カ實測值允許下限；延伸率反饋控制器將軋制力調節量乘以軋制力控制輸出比例係數後，輸出到的I號平整機軋制カ控制器 滅O F1_t xAPj_r I號平整機乳制力控制器 。
6.根據權利要求5所述的雙機架平整機延伸率控制方法，其特徵是軋制カ對張カ前饋控制器I根據I號機架平整機軋制カ調節量，確定並輸出I號機架平整機入口張カ前饋控制補償量 式中——I號機架平整機入口張カ前饋控制補償量 G艦η_η——I號機架張カ前饋控制増益係數 [njn——I號機架軋制カΛ對I號機架入ロ張力/;影響係數， 軋制カ對張カ前饋控制器2根據I號機架平整機軋制カ調節量，確定並輸出機架間張力前饋控制補償量 式中·ΛΤη_η——機架間張カ前饋控制補償量 Gainrujll一機架間張カ前饋控制増益係數——I號機架軋制カΛ對機架間張力T12影響係數，
全文摘要
本發明公開了一種雙機架平整機延伸率控制方法，對於極薄帶鋼平整過程中的延伸率採用張力調節控制，當1號機架平整機和2號機架平整機的總延伸率實測值與總延伸率設定值的偏差超出給定範圍時，根據延伸率的偏差值分別計算確定1號機架平整機入口張力調節量、機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量；在通過張力調節控制延伸率的同時，根據1號機架平整機入口張力調節量和機架間張力調節量，對1號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償；根據機架間張力調節量和2號機架出口張力調節量，對2號機架平整機軋制力進行相應的前饋控制補償。本發明能提高延伸率控制精度，減小延伸率閉環控制時帶鋼張力和軋制力波動，提高雙機架平整過程穩定性。
文檔編號B21B37/56GK102688899SQ20111007029
公開日2012年9月26日 申請日期2011年3月23日 優先權日2011年3月23日
發明者吳首民, 李輝, 王康健, 顧廷權, 高澤恆 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司