基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償設備的製作方法
2023-06-18 11:40:46 1
專利名稱：基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償設備。
背景技術：
由於軋輥和軋輥軸承形狀的不規則造成軋輥的旋轉軸心和幾何軸心不是正好吻 合的情況稱為軋輥偏心，這些不規則的形狀可能產生於軋輥的製造、修磨、裝配、磨損、熱膨 脹等過程，由於支撐輥的輥徑相對於工作輥和中間輥來說要大的多，因此軋輥偏心主要是 由於支撐輥本身不圓和輥徑與其它輥不同軸所產生的。在帶鋼生產中，軋輥偏心會造成軋機自動厚度控制系統產生反方向的調節，使得 帶鋼軋出厚度發生周期性的波動，對帶鋼的厚度精度造成很大的影響。為此數十年來已經 有許多企業、研究機構對軋輥偏心的補償方法及設備進行了研究，目前的主要方法可分為
三類一是預防軋輥偏心控制法，這種方法是在軋制前儘可能創造一些條件以便能減小 軋輥偏心對軋件厚度的影響，而在軋制中不採用任何校正措施，如早期的採用設置死區的 方法避免壓下系統受軋輥偏心的高頻幹擾，但提高厚度控制精度和抑制軋輥偏心擾動對死 區大小的要求是相矛盾的，二者很難兼顧。二是被動軋輥偏心控制法，這類方法的主要目的是使輥縫控制系統對軋輥偏心引 起的厚度幹擾反應不敏感，而不需要輥縫按照軋輥偏心函數關係進行校正。三是主動軋輥偏心控制法，這類方法一般通過軋輥偏心分量檢測得出補償信號， 然後送到輥縫控制調節器中以補償軋輥偏心。該方法是目前效果最好、精度最高的方法。根 據檢測信號的處理方式，這類方法又可以分為分析法和綜合法。在分析法中，軋輥偏心分量 是通過數學分析法(一般採用傅立葉變換分析)從檢測信號中提取出來的。在綜合法中， 軋輥偏心分量是通過複製軋輥偏心分量得到的，信號複製可採用機械法或電量法，例如德 國紐曼公司提出的一種利用隨支撐輥同時旋轉的凸輪來模擬軋輥偏心的檢測裝置，還有德 國克虜伯公司提出的採用輥縫傳感器來檢測軋輥偏心對輥縫的影響。這些方法中，有的需要有凸輪、輥縫儀等特殊檢測設備和儀器，其維護安裝檢修存 在不便。而採用數據分析法，例如使用傅立葉變換法，由於其計算是大量的複數乘法與加 法，對於工業上通常使用的自動控制器來說很難實時完成計算。而且傅立葉變換的使用條 件要求很高，在現場情況下，傅立葉變換方法一般不能精確計算出偏心信號的各周期分量 的幅值、頻率和相角。另外還有一些方法是基於支撐輥旋轉角度進行計算的，這種方法對支 撐輥當前角度的測量或計算要求十分精確，或者採用在支撐輥上加裝脈衝編碼器來確定當 前角度，或者通過傳動輥上的編碼器來計算得到支撐輥的當前角度。由於支撐輥經常更換， 在上面加裝脈衝編碼器的方法存在安裝和維護的不便；而通過傳動輥間接計算支撐輥的角 度不可避免的存在誤差，隨著支撐輥的轉動，這個誤差會不斷累積，導致偏心補償的相角計 算不準確，從而造成補償失敗。軋輥偏心信號為一個周期性的信號，周期性的信號可以分解為無窮級數，這些級數中只有一些頻率的分量是佔主體地位的。目前相關研究資料中都假定基頻率下或者基頻 率加二倍基頻率下的分量為主體，但實際上這個假定可能是不符合實際的。為此本申請人在初期採用了快速離散傅立葉變換對採樣的偏心信號進行離線分 析，但僅僅用以確定本軋機偏心信號的主體分量形式，不用來確定偏心信號中的主體分量 的參數。而且快速傅立葉變換是在工控機上離線進行，運算時間沒有實時性的要求。偏心 信號的主體分量參數使用在線遞推算法來進行估計，其幅值和相角參數都在軋制進行中不 斷地進行修正，因此並不需要精確知道支撐輥的旋轉角度，從而避免了上述方法中存在的 問題。目前使用的一個六輥軋機及主要檢測元件如圖1所示軋機由中間輥傳動，上中 間輥6 (傳動輥)和下中間輥9 (傳動輥)轉速保持基本一致，轉速ns由安裝在傳動電機上 面的上中間輥脈衝編碼器15和下中間輥脈衝編碼器16測量得到，根據該值計算得到支撐 輥的角速度ω。軋機採用液壓缸3來調節上工作輥7和下工作輥8之間輥縫位置值，輥縫 實際值由位移傳感器4測量得到，軋機壓下控制器1根據輥縫位置設定值調節伺服閥2的 開口度，進而控制液壓缸3的位移量。軋機前後安裝有前測厚儀12、後測厚儀13，軋材11 的入口厚差和出口厚差由此得到。軋制力實際值由軋制力測量元件14測量得到。軋機主 傳動調速系統17可以調節軋機的轉速。由於上支撐輥5和下支撐輥10的偏心現象，對出 口厚差和軋制力有一個周期性的影響，可以從出口厚差實際值和軋制力實際值中分離出該 周期性的信號，這就是偏心信號。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種基於在線遞推參數估計的軋輥偏心 補償裝置，以提高軋材厚度控制精度，提高生產效率。本實用新型解決其技術問題採用的技術方案是設有用於偏心測試中採樣並計算 軋輥偏心信號的採樣裝置、離線進行快速離散傅立葉變換的變換裝置、軋制過程中在線採 樣並計算軋輥偏心信號的裝置、實現在線遞推參數估計的裝置和輥縫補償裝置，它們以電 信號依次相連。本實用新型與現有技術相比，具有以下的主要有益效果採用變換裝置進行快速離散傅立葉變換，對偏心信號進行分析，可以精確獲得本 軋機所有偏心信號中的主體分量的形式；僅使用現代軋機上常用的檢測設備，不需另外增加專用設備；不需精確檢測或計 算支撐輥的旋轉角度，就可以有效抑制軋輥偏心對軋材厚度精度的影響；根據試驗結果，本實用新型能夠精確估計出偏心信號的主體分量，而主體分量的 能量能夠佔到全部偏心信號的90%以上。根據估計出的偏心信號主體分量，計算出反向輥 縫補償量並施加到位置控制器上去，就能夠消除掉偏心信號90 %以上的不良影響，進而提 高厚度控制精度，提高生產效率。
圖1為目前使用的一個六輥軋機及主要檢測元件示意圖。圖2為本實用新型軋輥偏心補償的結構原理圖。[0019]圖3是原始偏心信號幅相圖。圖4是經補償後的偏心信號幅相圖。圖中1.軋機壓下控制器；2.伺服閥；3.液壓缸；4.位移傳感器；5.上支撐輥； 6.上中間輥；7.上工作輥；8.下工作輥；9.下中間輥；10.下支撐輥；11.軋材；12.前測厚 儀；13.後測厚儀；14.軋制力檢測元件；15.上中間輥脈衝編碼器；16.下中間輥脈衝編碼 器；17.軋機主傳動調速系統；18.採樣裝置；19.變換裝置；20.測定厚差裝置；21.延時輸 出裝置；22.第一個一階滯後裝置；23.換算厚差裝置；24.在線參數估計裝置；25.幅值和 初相角計算裝置；26.相位偏移補償裝置；27.第二個一階滯後裝置；28.輥縫偏心補償量 計算裝置。
具體實施方式
下面結合實施例及附圖對本實用新型作進一步說明。本實用新型提供的基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償裝置，其結構如圖2所 示，包括以電信號依次相連的採樣裝置18、變換裝置19、軋制過程中在線採樣並計算軋輥 偏心信號的裝置、實現在線遞推參數估計的裝置和輥縫補償裝置。所述採樣裝置18是一種用於偏心測試中採樣並計算軋輥偏心信號的裝置，該裝 置通過在可編程邏輯控制器上編程實現。該裝置是定時進行數據採樣S」 Fi的裝置和計算 軋輥測試偏心信號AR1的裝置。其中，Si為i時刻的輥縫值，Fi為i時刻的總軋制力值， 1彡i彡n，n為自然數。所述變換裝置19為工業控制計算機或者個人計算機，通過在工控機上編程或者 利用個人計算機進行數據處理，均能夠實現離線進行快速離散傅立葉變換。所述軋制過程中在線採樣並計算軋輥偏心信號的裝置，其包括計算出口厚差裝置 20、延時傳輸的裝置21、第一個一階滯後裝置22和換算厚差裝置23，其中計算出口厚差裝 置20通過電信號經延時傳輸的裝置21、第一個一階滯後裝置22後同實際出口厚差值Ahal 或軋制力換算的出口厚差值Aha2比較，然後分別通入在線估計裝置24的輸入端、幅值和初 相角計算裝置25的輸出端相比較得到估計誤差e。所述計算出口厚差裝置20是一種用於由測量的入口厚差計算出口厚差的裝置， 該裝置利用下述公式計算AA = AFx( Cm )
。G +。M式中Ah為計算的出口厚度差；ΔΗ為測量的入口厚度差；0；為軋機剛度係數；Cm 為軋材塑性係數。所述延時傳輸的裝置21是一種用於將輸入值延時一段時間後輸出的裝置。所述第一個一階滯後裝置22，其利用下述公式計算
TAYn=Yn_1+ —(Xn-X^1)式中Υ為一階滯後裝置輸出值；TA為控制器採樣周期；T為一階滯後裝置的時間 常數；χ為一階滯後裝置輸入值；η為自然數。所述換算厚差裝置23是一種將軋制力轉換為厚差值的裝置；該裝置利用下述公式計算Aha2=(F_Fs)/CM式中Aha2為換算的出口厚差值，F為總軋制力實際值；FS為總軋制力設定值；CM 為軋材塑性係數。所述實現在線遞推參數估計的裝置為工業現場智能控制器，該控制器設有以電信 號相連的在線參數估計裝置24、幅值和初相角計算裝置25。所述在線參數估計裝置24，其用於實現在線遞推參數估計算法的裝置，本例中使 用遞推最小二乘法估計出未知參數[aposbi apinbi a2cosb2 a2sinb2]，也可採用其它在線 遞推算法進行參數估計，例如最小均方根算法。所述幅值和初相角計算裝置25，其用於計算偏心信號幅值A和相角b的裝置，該裝 置利用下述公式計算
權利要求一種基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償裝置，其特徵在於所述軋輥偏心補償裝置設有用於偏心測試中採樣並計算軋輥偏心信號的採樣裝置(18)、離線進行快速離散傅立葉變換的變換裝置(19)、軋制過程中在線採樣並計算軋輥偏心信號的裝置、實現在線遞推參數估計的裝置和輥縫補償裝置，它們以電信號依次相連。
2.根據權利要求1所述的基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償裝置，其特徵在於所 述軋制過程中在線採樣並計算軋輥偏心信號的裝置，其包括計算出口厚差裝置(20)，延時 傳輸的裝置(21)，第一個一階滯後裝置(22)，換算厚差裝置(23)，其中計算出口厚差裝置 (20)通過電信號經延時傳輸的裝置(21)、第一個一階滯後裝置(22)後同實際出口厚差值 Ahal或軋制力換算的出口厚差值Aha2比較，然後分別通入在線估計裝置(24)的輸入端、 幅值和初相角計算裝置(25)的輸出端相比較得到估計誤差e。
3.根據權利要求1所述的基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償裝置，其特徵在於所 述實現在線遞推參數估計的裝置為工業現場智能控制器，該控制器設有以電信號相連的在 線參數估計裝置(24)、幅值和初相角計算裝置(25)。
4.根據權利要求1所述的基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償裝置，其特徵在於所 述輥縫補償裝置是用於計算偏心信號的輥縫補償值，該裝置包括相位偏移補償裝置(26)， 第二個一階滯後裝置(27)，輥縫偏心補償量計算裝置(28)，其中所述第二個一階滯後裝 置(27)，其輸入端通過電信號與相位偏移補償裝置(26)的輸出端相連，其輸出端通過電信 號與輥縫偏心補償量計算裝置(28)的輸入端相連。
5.根據權利要求1所述的基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償裝置，其特徵在於所 述變換裝置(19)為工業控制計算機或者個人計算機。專利摘要本實用新型是一種基於在線遞推參數估計的軋輥偏心補償裝置，該裝置設有用於偏心測試中採樣並計算軋輥偏心信號的採樣裝置(18)、離線進行快速離散傅立葉變換的變換裝置(19)、軋制過程中在線採樣並計算軋輥偏心信號的裝置、實現在線遞推參數估計的裝置和輥縫補償裝置，它們以電信號依次相連。本實用新型僅使用軋機上常用的檢測設備，無需增加專用檢測設備，無需精確得到支撐輥的旋轉角度，就可以有效地補償軋輥偏心對軋材厚度精度的影響，並提高厚度控制的精度。
文檔編號B21B37/66GK201755585SQ201020502720
公開日2011年3月9日 申請日期2010年8月23日 優先權日2010年8月23日
發明者陳躍華 申請人:中冶南方工程技術有限公司