專利名稱：主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷軋帶鋼領(lǐng)域，尤其涉及一種主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
冷軋帶鋼是一種高附加值的鋼鐵企業(yè)產(chǎn)品，用戶對(duì)冷軋帶鋼板形質(zhì)量方面的要求也隨著它的應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大而越來越高。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制技術(shù)的快速發(fā)展， 板形在線控制技術(shù)已經(jīng)被成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中并且取得了較好的控制效果。傳統(tǒng)的板形控制系統(tǒng)及方法以最大限度消除板形偏差為優(yōu)化目標(biāo)，在線計(jì)算出軋機(jī)各傳動(dòng)裝置的調(diào)節(jié)量來改變出口板形。單從控制理論上來講，所計(jì)算出的調(diào)節(jié)量是消除板形偏差的最優(yōu)調(diào)節(jié)量，可以得到理想的控制效果；但是，從實(shí)際應(yīng)用效果來看卻并不理想。分析其中原因，主要是由于現(xiàn)有板形調(diào)控手段并不能快速及時(shí)的消除任意形狀的板形偏差，例如傾輥裝置只能消除一次板形偏差、工作輥彎輥裝置只能消除二次板形偏差，而對(duì)于高次板形偏差這兩種控制手段則無能為力。當(dāng)板形偏差中含有局部高點(diǎn)、突變信號(hào)和非對(duì)稱板形等高次板形偏差時(shí)，高次板形偏差會(huì)對(duì)調(diào)節(jié)量計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生不利影響，通過傳統(tǒng)控制算法計(jì)算得到調(diào)節(jié)量常常會(huì)違反執(zhí)行器的物理約束，致使執(zhí)行器飽和現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生。 當(dāng)執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，不僅不利于軋機(jī)設(shè)備的維護(hù)，也會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的板形控制效果變差。冷軋板形控制技術(shù)一直為國(guó)外公司所壟斷而導(dǎo)致進(jìn)口冷軋板形控制系統(tǒng)價(jià)格昂貴，即使高價(jià)進(jìn)口后由于不掌握核心技術(shù)在產(chǎn)品變規(guī)格后不能保證系統(tǒng)良好運(yùn)行，因此進(jìn)行冷軋板形控制核心技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)勢(shì)在必行。因而，如何在控制設(shè)計(jì)中消除高次板形偏差對(duì)板形控制算法計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，最大限度地減小執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的概率，實(shí)現(xiàn)高精度的冷軋帶鋼板形控制已成為冷軋帶鋼實(shí)際生產(chǎn)中一個(gè)亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，以解決在傳統(tǒng)的冷軋帶鋼板形控制中由于執(zhí)行器飽和現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生而引起板形控制效果變差的技術(shù)問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案本發(fā)明提供的主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，包括依次連接的板形偏差計(jì)算模塊、板形偏差信號(hào)濾波處理模塊、帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器、補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊、軋機(jī)傳動(dòng)裝置，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出一端經(jīng)軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊、當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊與板形偏差信號(hào)濾波處理模塊相連，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出另一端與補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊相連，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出第三端經(jīng)軋機(jī)出口板形與在線板形測(cè)量模塊相連，在線板形測(cè)量模塊的輸出端與板形偏差計(jì)算模塊相連。
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所述的板形偏差計(jì)算模塊，可以根據(jù)帶鋼寬度和板形儀測(cè)量區(qū)域?qū)挾鹊钠ヅ淝闆r選定沿帶鋼寬度方向板形測(cè)量點(diǎn)的個(gè)數(shù)，然后根據(jù)軋制工藝要求設(shè)定這些板形測(cè)量點(diǎn)處的目標(biāo)板形分布，同時(shí)接收板形儀在線測(cè)量的所述板形測(cè)量點(diǎn)處的實(shí)際板形分布信號(hào)，計(jì)算兩者之間的偏差δ。所述的板形偏差信號(hào)濾波處理模塊，可以與所述板形偏差計(jì)算模塊和當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊相連接時(shí)分別接收偏差信號(hào)δ和Α，進(jìn)行板形偏差信號(hào)的濾波處理對(duì)于每一個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處的板形偏差，如果它超過軋機(jī)在該點(diǎn)的當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力，則將超出部分過濾掉，只保留屬于當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力A內(nèi)的板形偏差，輸出濾波處理后的板形偏差信號(hào)g。所述帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器，可以與所述板形偏差信號(hào)濾波處理模塊相連接時(shí)接收濾波后的板形偏差信號(hào)g，進(jìn)行多變量?jī)?yōu)化控制調(diào)節(jié)量計(jì)算，輸出控制信號(hào)U。所述補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊，可以用于接收控制信號(hào)U和三種軋機(jī)傳動(dòng)裝置的摩擦力、機(jī)械間隙信號(hào)，并對(duì)控制信號(hào)u進(jìn)行摩擦力、機(jī)械間隙補(bǔ)償，計(jì)算并輸出軋機(jī)傳動(dòng)裝置動(dòng)作的控制信號(hào)y。所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置，可以與所述述補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊相連接時(shí)接收補(bǔ)償信號(hào)y，依據(jù)補(bǔ)償信號(hào)y來對(duì)傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置進(jìn)行在線調(diào)節(jié)。所述在線板形測(cè)量模塊與接觸式板形儀配合使用，該模塊可以周期性地在線測(cè)量沿帶鋼寬度方向上若干個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際板形分布信號(hào)，并將其傳送給所述板形偏差計(jì)算模塊；接觸式板形儀安裝在軋機(jī)出口處一定距離以內(nèi)，且其與導(dǎo)向輥的中心距離大于所軋帶鋼寬度。所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊，可以與軋機(jī)傳動(dòng)裝置位置傳感器相連接，實(shí)時(shí)采集包括傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置等軋機(jī)傳動(dòng)裝置的位置，并且考慮軋機(jī)傳動(dòng)裝置的物理約束，即單個(gè)控制周期內(nèi)各傳動(dòng)裝置的動(dòng)作極限、各傳動(dòng)裝置極限位置，以此進(jìn)行軋機(jī)各傳動(dòng)裝置在當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大最小動(dòng)作沖程P的在線計(jì)算的模塊。所述當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊，分別與板形計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫和所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊相連接，接收所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置的板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E和當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大最小動(dòng)作沖程P，根據(jù)E和ρ來評(píng)估計(jì)算當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力A，即計(jì)算在各板形測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)板形偏差的最大和最小修正值的模塊。這里板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E是一個(gè)nXm維的矩陣， 其在η為帶鋼板形測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)，m為軋機(jī)傳動(dòng)裝置個(gè)數(shù)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的主要有益效果其一.依據(jù)對(duì)板形調(diào)控能力的在線評(píng)估結(jié)果對(duì)板形偏差信號(hào)進(jìn)行濾波處理，有效地分離出了板形偏差信號(hào)中的不可控成分，最大限度的降低了冷軋帶鋼板形控制過程中執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的概率，大大增加了板形控制裝置的使用壽命。其二 .有效地解決了在傳統(tǒng)的冷軋帶鋼板形控制中由于執(zhí)行器飽和現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生而引起軋機(jī)板形控制裝置機(jī)械部件磨損嚴(yán)重并且板形控制效果變差的技術(shù)問題。其三.本發(fā)明的板形偏差信號(hào)濾波處理方法計(jì)算量較小，完全滿足冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)在線計(jì)算的實(shí)時(shí)性要求，為提高冷軋板形控制質(zhì)量提供了一條便捷的途徑。


圖1為本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖。圖2為本發(fā)明涉及的控制方法的流程圖。圖3為實(shí)施例中某一控制周期內(nèi)所獲得的板形偏差信號(hào)圖。圖4為實(shí)施例中所述三種軋機(jī)傳動(dòng)裝置的執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)圖。圖5為實(shí)施例中某一控制周期內(nèi)經(jīng)過濾波處理后的板形偏差信號(hào)圖。圖6為傳統(tǒng)板形控制方法和本發(fā)明板形控制方法的調(diào)節(jié)量計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖。圖7為本發(fā)明在涉及的控制方法中投入運(yùn)行前的板形控制效果圖。圖8為本發(fā)明在涉及的控制方法中投入運(yùn)行后的板形控制效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不限定本發(fā)明。本實(shí)施例公開的是某工作輥可水平移動(dòng)的六輥冷軋機(jī)的一種主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的板形控制系統(tǒng)。本實(shí)施例產(chǎn)品規(guī)格(厚度X寬度)0. 35mmX900mm，鋼種 高牌號(hào)無取向HNG0，軋制速度最大900m/min，卷取張力220KN，主電機(jī)功率5500KW，中間輥橫移量-200-200mm，工作輥彎輥力為-540KN-540KN，中間輥彎輥力為0-360KN，控制軋機(jī)傳動(dòng)裝置的基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)選用西門子公司的SIMATIC TDC，板形控制計(jì)算機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)與基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)進(jìn)行過程控制數(shù)據(jù)的傳輸和交換，板形測(cè)量裝置選用瑞典ABB公司的 Mressometer板形輥，該板形輥輥徑313mm，由實(shí)心鋼軸組成，沿寬度方向每隔^mm或52mm 被分成一個(gè)測(cè)量區(qū)域，其中板形輥中間部分設(shè)計(jì)為14個(gè)52mm測(cè)量區(qū)域，板形輥兩側(cè)區(qū)域?yàn)閊toim測(cè)量區(qū)域，每個(gè)測(cè)量區(qū)域內(nèi)沿軸向在測(cè)量輥的四周均勻分布著四個(gè)溝槽以放置磁彈性力傳感器，傳感器的外面被鋼環(huán)所包裹。本實(shí)施例工作輥可水平移動(dòng)的六輥冷軋機(jī)板形調(diào)控手段主要有傾輥、工作輥正負(fù)彎輥、中間輥正彎輥和中間輥竄輥。其中中間輥竄輥是根據(jù)帶鋼寬度進(jìn)行預(yù)設(shè)定，調(diào)整原則是將中間輥輥身邊緣與帶鋼邊部對(duì)齊，亦可由操作方考慮添加一個(gè)修正量，調(diào)到位后保持位置不變。因而在線調(diào)節(jié)的板形控制執(zhí)行器主要有傾輥、工作輥正負(fù)彎輥、中間輥正彎輥三種。由于液壓機(jī)械裝置執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理約束，傾輥、工作輥正負(fù)彎輥、中間輥正彎輥在一個(gè)控制周期內(nèi)的動(dòng)作量是有限制的。傳統(tǒng)的冷軋帶鋼板形控制算法沒有考慮軋機(jī)傾輥和彎輥裝置的飽和物理約束特性，僅以消除板形偏差為單一的衡量指標(biāo)；因而其在線計(jì)算出的控制調(diào)節(jié)量常常會(huì)違反軋機(jī)傾輥和彎輥裝置的飽和物理約束，其結(jié)果不僅不能獲得期望的帶鋼板形還會(huì)顯著減少那些達(dá)到飽和狀態(tài)裝置的使用壽命，成為阻礙板形控制系統(tǒng)投入在線運(yùn)行的技術(shù)難題。本實(shí)施例提供的主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次連接的板形偏差計(jì)算模塊、板形偏差信號(hào)濾波處理模塊、帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器、補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊、軋機(jī)傳動(dòng)裝置，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出一端經(jīng)軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊、當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊與板形偏差信號(hào)濾波處理模塊相連，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出另一端與補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊相連，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出第三端經(jīng)軋機(jī)出口板形與在線板形測(cè)量模塊相連，在線板形測(cè)量模塊的輸出端與板形偏差計(jì)算模塊相連。
所述的板形偏差計(jì)算模塊，其根據(jù)帶鋼寬度和板形儀測(cè)量區(qū)域?qū)挾鹊钠ヅ淝闆r選定沿帶鋼寬度方向板形測(cè)量點(diǎn)格式為多個(gè)(本實(shí)施例中根據(jù)所軋帶鋼寬度(900mm)和板形儀測(cè)量區(qū)域費(fèi)幾何尺寸(板形輥中間部分設(shè)計(jì)為14個(gè)52mm測(cè)量區(qū)域，板形輥兩側(cè)區(qū)域?yàn)?26mm測(cè)量區(qū)域)構(gòu)成選定為20個(gè)板形測(cè)量點(diǎn))，根據(jù)軋制工藝要求設(shè)定這些板形測(cè)量點(diǎn)處的目標(biāo)板形分布，同時(shí)接收板形儀在線測(cè)量的20個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處的實(shí)際板形分布信號(hào)，計(jì)算兩者之間的偏差S。該板形偏差計(jì)算模塊的結(jié)構(gòu)是δ =板形目標(biāo)板形分布信號(hào)-板形儀在線測(cè)量的實(shí)際板形分布信號(hào)。所述板形偏差信號(hào)濾波處理模塊，其與所述板形偏差計(jì)算模塊和當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊相連接時(shí)分別接收偏差信號(hào)δ和Α，進(jìn)行板形偏差信號(hào)的濾波處理， 輸出為濾波后的板形偏差信號(hào)g。該板形偏差信號(hào)濾波處理模塊的結(jié)構(gòu)是對(duì)應(yīng)每一個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處的板形偏差，若其大于軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)偏差的最大修正值，則將超出上限部分濾除， 取最大修正值為該點(diǎn)濾波后的板形偏差；若其小于軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)的最小修正值，則將超出下限部分濾除，取最小修正值為該點(diǎn)濾波后的板形偏差值；按照上述濾波規(guī)則得到濾波處理后的板形偏差信號(hào)g。所述帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器與所述板形偏差信號(hào)濾波處理模塊相連接時(shí)接收濾波后的板形偏差信號(hào)g，進(jìn)行多變量?jī)?yōu)化控制調(diào)節(jié)量計(jì)算，輸出控制信號(hào)U。該帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器的結(jié)構(gòu)是u = (EtE) _1ETg,式中E為存儲(chǔ)于板形計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E，E 表征了軋機(jī)傾輥、工作輥彎輥和中間輥彎輥三種板形調(diào)控手段單位動(dòng)作量對(duì)各個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處板形的影響能力大小，Et表示矩陣E的轉(zhuǎn)置，(EtE)4表示矩陣Ε 的擬矩陣，g為濾波處理后的板形偏差信號(hào)。所述補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊，其用于接收控制信號(hào)U和三種軋機(jī)傳動(dòng)裝置的摩擦力、機(jī)械間隙信號(hào)，并對(duì)控制信號(hào)u進(jìn)行摩擦力、機(jī)械間隙補(bǔ)償，計(jì)算并輸出軋機(jī)傳動(dòng)裝置動(dòng)作的控制信號(hào)y。該補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊的結(jié)構(gòu)是考慮傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置的摩擦力、機(jī)械間隙對(duì)控制信號(hào)u的影響，在u基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)償處理得到y(tǒng) = u+A，這里Δ表示根據(jù)軋機(jī)機(jī)械特性確定的摩擦力、機(jī)械間隙補(bǔ)償量，該補(bǔ)償量可以在軋機(jī)調(diào)試時(shí)通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得到；使用y進(jìn)行軋機(jī)傳動(dòng)裝置動(dòng)作的控制。所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置與所述述補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊相連接時(shí)接收補(bǔ)償信號(hào)y，依據(jù)補(bǔ)償信號(hào)y來對(duì)傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置進(jìn)行在線調(diào)節(jié)。該軋機(jī)傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)是由傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置組成，每種裝置都對(duì)帶鋼板形具有不同的調(diào)控能力，各裝置的調(diào)節(jié)量的不同組合可以消除不同的板形偏差。所述在線板形測(cè)量模塊與接觸式板形儀配合使用，該模塊周期性地在線測(cè)量沿帶鋼寬度方向上20個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際板形分布信號(hào)，并將其傳送給所述板形偏差計(jì)算模塊。接觸式板形儀安裝在軋機(jī)出口處一定距離以內(nèi)，且其與導(dǎo)向輥的中心距離大于所軋帶鋼寬度。該在線板形測(cè)量模塊的結(jié)構(gòu)是將板形儀測(cè)量的實(shí)際板形分布信號(hào)通過工業(yè)以太網(wǎng)傳送到所述板形偏差計(jì)算模塊。所述的接觸式板形儀為現(xiàn)有技術(shù)，例如可以采用瑞典ABB公司的Mressometer板形輥或法國(guó)CLECIM公司的PLQNICIM型號(hào)的接觸式板形儀。
所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊與軋機(jī)傳動(dòng)裝置位置傳感器相連接，實(shí)時(shí)采集傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置的位置，并計(jì)算出這三種裝置在當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大動(dòng)作沖程P。該軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊的結(jié)構(gòu)是 a)對(duì)于傾輥裝置，其在當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大動(dòng)作沖程選定規(guī)則是傾輥裝置當(dāng)前位置加上單個(gè)控制周期內(nèi)其動(dòng)作極限后沒有超過傳動(dòng)裝置位置約束，則取P =傳動(dòng)裝置動(dòng)作極限；若傾輥裝置目前位置加上單個(gè)控制周期內(nèi)該傳動(dòng)裝置的動(dòng)作極限后超過傾輥裝置位置約束，則取P =傾輥裝置位置約束-傾輥裝置當(dāng)前位置；b)對(duì)于工作輥彎輥裝置，其在當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大動(dòng)作沖程選定規(guī)則是工作輥彎輥裝置當(dāng)前位置加上單個(gè)控制周期內(nèi)其動(dòng)作極限后沒有超過傳動(dòng)裝置位置約束，則取P1 =工作輥彎輥裝置動(dòng)作極限；若工作輥彎輥裝置目前位置加上單個(gè)控制周期內(nèi)其動(dòng)作極限后超過工作輥彎輥裝置位置約束，則取P2 =工作輥彎輥裝置位置約束-工作輥彎輥裝置當(dāng)前位置；c)對(duì)于中間輥彎輥裝置，其在當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大動(dòng)作沖程選定規(guī)則是中間輥彎輥裝置當(dāng)前位置加上單個(gè)控制周期內(nèi)其動(dòng)作極限后沒有超過傳動(dòng)裝置位置約束，則取P3=中間輥彎輥裝置動(dòng)作極限；若中間輥彎輥裝置目前位置加上單個(gè)控制周期內(nèi)其動(dòng)作極限后超過中間輥彎輥裝置位置約束，則取P =中間輥彎輥裝置位置約束-中間輥彎輥裝置當(dāng)前位置。所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置位置傳感器為現(xiàn)有技術(shù)，例如壓力傳感器采用德國(guó)的壓力傳感器，位移傳感器采用美國(guó)的MTS位移傳感器。所述當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊，分別與板形計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫和所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊相連接，接收所述三種傳動(dòng)裝置的板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E和當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大最小動(dòng)作沖程P，根據(jù)E和ρ來評(píng)估計(jì)算當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力A，本實(shí)施例的板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E是一個(gè) 20X3維的矩陣。該當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊的結(jié)構(gòu)是采用以下公式計(jì)算在各板形測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)板形偏差的最大和最小修正值A(chǔ)1max = maxIp1Eil, "P1EiJ +maxIp2Ei2, _p2Ei2} +maxIp3Eim, _p3Ei3}；A1min = maxIp1Eil, "P1EiJ +maxIp2Ei2, _p2Ei2} +maxIp3Ei3, _p3Ei3}；式中，Aifflax和Aimin分別表示第i個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)板形偏差的最大和最小修正值，PjU = 1,2,3)分別表示傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置最大動(dòng)作沖程，Eij表示第j個(gè)軋機(jī)傳動(dòng)裝置在第i個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處的調(diào)控功效系數(shù)，max {a, b}為取大函數(shù)，即取其自變量a和b的最大值。本實(shí)施例提供的主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其用于主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制，其控制流程如圖2所示，包括以下步驟步驟(1)由板形偏差計(jì)算模塊接收根據(jù)軋制工藝要求設(shè)定的目標(biāo)板形分布信號(hào)和由板形儀在線測(cè)量的實(shí)際板形分布信號(hào)，并用前者減去后者得到板形偏差信號(hào)S。圖3給出了在某一控制周期內(nèi)所計(jì)算得到的板形偏差信號(hào)從軋機(jī)操作側(cè)到軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)的20個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)的板形偏差分布，單位為板形國(guó)家單位I。步驟O)由軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊接收傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置的實(shí)時(shí)位置信號(hào)，設(shè)定板形控制周期為200ms(其中用于板形控制信號(hào)計(jì)算和傳輸?shù)臅r(shí)間為100ms，所以留給軋機(jī)傳動(dòng)裝置動(dòng)作的時(shí)間只有100ms)，在這個(gè)很短的作用時(shí)間內(nèi)軋機(jī)各傳動(dòng)裝置的動(dòng)作量受到如下限制傾輥裝置在一個(gè)控制周期內(nèi)的最大最小動(dòng)作沖程為P = 士 2 (單位為um)，工作輥彎輥裝置最大最小沖程為ρ = 士 3 (單位為 IO4N)，中間輥彎輥裝置最大最小沖程為ρ = +2(單位為IO4N)。步驟(3)由板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊接收步驟( 輸出的信號(hào)ρ和存儲(chǔ)于板形計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E，用于計(jì)算當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力A 圖4給出了本實(shí)施例中所述三種軋機(jī)傳動(dòng)裝置的執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)圖；分別計(jì)算在20個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)板形偏差的最大和最小修正值將每個(gè)傳動(dòng)裝置的最大和最小動(dòng)作沖程分別乘以其在該板形測(cè)量點(diǎn)處的功效系數(shù)構(gòu)成一組數(shù)據(jù)，取各組數(shù)據(jù)最大值求和得到軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)板形偏差的最大修正值，取各組數(shù)據(jù)最小值求和得到軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)板形偏差的最小修正值。依次求得所有板形測(cè)量點(diǎn)處軋機(jī)對(duì)板形偏差的最大和最小修正值來表征當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力A。圖3中的黑實(shí)線表示本實(shí)例中板形調(diào)控能力的上界線，黑虛線則表示本實(shí)例中板形調(diào)控能力的下界線。由圖3可以看出，本實(shí)例的板形偏差信號(hào)在第1、3、8-16共計(jì)11個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處超過了軋機(jī)的板形調(diào)控能力。步驟由板形偏差信號(hào)濾波處理模塊接收板形偏差信號(hào)δ和當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力Α，依據(jù)A對(duì)δ進(jìn)行如下濾波處理對(duì)應(yīng)每一個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處的板形偏差，若其大于軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)偏差的最大修正值，則將超出上限部分濾除，取最大修正值為該點(diǎn)濾波后的板形偏差；若其小于軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)的最小修正值，則將超出下限部分濾除，取最小修正值為該點(diǎn)濾波后的板形偏差值。按照上述濾波規(guī)則可以得到濾波處理后的板形偏差分布信號(hào)圖5給出了本實(shí)例的板形偏差信號(hào)δ經(jīng)過濾波處理后的板形偏差分布信號(hào)g ；步驟(5)由帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器接收濾波處理后的板形偏差信號(hào)g，利用多變量?jī)?yōu)化控制算法計(jì)算最優(yōu)控制調(diào)節(jié)量u的計(jì)算。圖6給出了分別采用傳統(tǒng)方法和本發(fā)明方法得到的傾輥、工作輥彎輥和中間輥彎輥三種裝置的調(diào)節(jié)量U，從圖中可以看出，傳統(tǒng)方法計(jì)算得到的工作輥彎輥調(diào)節(jié)量和中間輥彎輥調(diào)節(jié)量均發(fā)生了執(zhí)行器飽和現(xiàn)象，這是由于不可控板形偏差引起了軋機(jī)傳動(dòng)裝置不必要?jiǎng)幼鞯慕Y(jié)果，這會(huì)加重這兩個(gè)裝置的磨損而減少其使用壽命；而本發(fā)明方法有效克服這個(gè)技術(shù)問題，在將板形偏差中的不可控部分濾除之后，所計(jì)算出的各傳動(dòng)裝置調(diào)節(jié)量均成功避免了執(zhí)行器飽和現(xiàn)象的發(fā)生。步驟(6)由補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊接收調(diào)節(jié)量u和軋機(jī)傳動(dòng)裝置的摩擦力、機(jī)械間隙信號(hào)，根據(jù)摩擦力、機(jī)械間隙信號(hào)的大小來對(duì)u進(jìn)行補(bǔ)償，計(jì)算并輸出軋機(jī)傳動(dòng)裝置動(dòng)作的控制信號(hào)y ；步驟(7)由軋機(jī)傳動(dòng)裝置接收步驟(6)輸出的軋機(jī)傳動(dòng)裝置動(dòng)作的控制信號(hào)y， 對(duì)軋機(jī)傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置進(jìn)行在線調(diào)節(jié)。步驟(8)由接觸式板形儀接收本次調(diào)節(jié)后的實(shí)際出口板形分布信號(hào)，并將其傳送至步驟(1)，用于下一控制周期的調(diào)節(jié)量計(jì)算。圖7和圖8給出了本發(fā)明提出的控制算法投入運(yùn)行前后板形偏差分布圖，可以看出本發(fā)明可以有效的消除可控板形偏差，最大偏差由投入前的接近91減少到控制后的51以內(nèi)，剩余板形偏差主要集中在第3、8、12、16個(gè)這四個(gè)存在不可控板形的偏差板形測(cè)量點(diǎn)處；再聯(lián)系到圖6中本發(fā)明得到的傾輥、工作輥彎輥和中間輥彎輥三種裝置的調(diào)節(jié)量u均成功避免了執(zhí)行器飽和現(xiàn)象的發(fā)生，而傳統(tǒng)控制方法由于沒有將板形偏差中的不可控不分有效分離，造成了其工作輥彎輥調(diào)節(jié)量和中間輥彎輥調(diào)節(jié)量均發(fā)生了執(zhí)行器飽和現(xiàn)象，也就是說，本發(fā)明方法可以主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生，主動(dòng)避免了執(zhí)行器飽和現(xiàn)象的發(fā)生， 減少了控制裝置機(jī)械部件磨損并實(shí)現(xiàn)了冷軋帶鋼的高精度板形控制。
以上實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施。本發(fā)明的專利保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思想所做的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的專利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于包括依次連接的板形偏差計(jì)算模塊、板形偏差信號(hào)濾波處理模塊、帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器、補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊、軋機(jī)傳動(dòng)裝置，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出一端經(jīng)軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊、當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊與板形偏差信號(hào)濾波處理模塊相連，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出另一端與補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊相連，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出第三端經(jīng)軋機(jī)出口板形與在線板形測(cè)量模塊相連，在線板形測(cè)量模塊的輸出端與板形偏差計(jì)算模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述的板形偏差計(jì)算模塊，其根據(jù)帶鋼寬度和板形儀測(cè)量區(qū)域?qū)挾鹊钠ヅ淝闆r選定沿帶鋼寬度方向板形測(cè)量點(diǎn)的個(gè)數(shù)，然后根據(jù)軋制工藝要求設(shè)定這些板形測(cè)量點(diǎn)處的目標(biāo)板形分布，同時(shí)接收板形儀在線測(cè)量的所述板形測(cè)量點(diǎn)處的實(shí)際板形分布信號(hào)，計(jì)算兩者之間的偏差S。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述板形偏差信號(hào)濾波處理模塊，其與所述板形偏差計(jì)算模塊和當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊相連接時(shí)分別接收偏差信號(hào)δ和Α，進(jìn)行板形偏差信號(hào)的濾波處理對(duì)于每一個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)處的板形偏差，如果它超過軋機(jī)在該點(diǎn)的當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力，則將超出部分過濾掉，只保留屬于當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力A內(nèi)的板形偏差，輸出濾波處理后的板形偏差信號(hào)g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器與所述板形偏差信號(hào)濾波處理模塊相連接時(shí)接收濾波后的板形偏差信號(hào)g，進(jìn)行多變量?jī)?yōu)化控制調(diào)節(jié)量計(jì)算，輸出控制信號(hào)U。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊，其用于接收控制信號(hào)u和三種軋機(jī)傳動(dòng)裝置的摩擦力、機(jī)械間隙信號(hào)，并對(duì)控制信號(hào)u進(jìn)行摩擦力、機(jī)械間隙補(bǔ)償，計(jì)算并輸出軋機(jī)傳動(dòng)裝置動(dòng)作的控制信號(hào)y。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置與所述述補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊相連接時(shí)接收補(bǔ)償信號(hào)1，依據(jù)補(bǔ)償信號(hào)y來對(duì)傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置進(jìn)行在線調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述在線板形測(cè)量模塊與接觸式板形儀配合使用，該模塊周期性地在線測(cè)量沿帶鋼寬度方向上若干個(gè)板形測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際板形分布信號(hào)，并將其傳送給所述板形偏差計(jì)算模塊；接觸式板形儀安裝在軋機(jī)出口處一定距離以內(nèi)，且其與導(dǎo)向輥的中心距離大于所軋帶鋼寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊與軋機(jī)傳動(dòng)裝置位置傳感器相連接，實(shí)時(shí)采集包括傾輥裝置、工作輥彎輥裝置和中間輥彎輥裝置等軋機(jī)傳動(dòng)裝置的位置，并計(jì)算出這幾種裝置在當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大動(dòng)作沖程P。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，其特征在于所述當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊，分別與板形計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫和所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊相連接，接收所述軋機(jī)傳動(dòng)裝置的板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E和當(dāng)前控制周期內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大最小動(dòng)作沖程P，根據(jù)E和ρ來評(píng)估計(jì)算當(dāng)前控制周期內(nèi)板形調(diào)控能力A， 即計(jì)算在各板形測(cè)量點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的軋機(jī)對(duì)該點(diǎn)板形偏差的最大和最小修正值的模塊。這里板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣E是一個(gè)nXm維的矩陣，其在η為帶鋼板形測(cè)量點(diǎn)個(gè)數(shù)， m為軋機(jī)傳動(dòng)裝置個(gè)數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及主動(dòng)避免執(zhí)行器飽和現(xiàn)象發(fā)生的冷軋帶鋼板形控制系統(tǒng)，包括依次連接的板形偏差計(jì)算模塊、板形偏差信號(hào)濾波處理模塊、帶鋼板形多變量?jī)?yōu)化控制器、補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊、軋機(jī)傳動(dòng)裝置；軋機(jī)傳動(dòng)裝置，其輸出一端經(jīng)軋機(jī)傳動(dòng)裝置實(shí)時(shí)位置狀態(tài)采集模塊、當(dāng)前板形調(diào)控能力在線評(píng)估計(jì)算模塊與板形偏差信號(hào)濾波處理模塊相連，其輸出另一端與補(bǔ)償調(diào)節(jié)模塊相連，軋機(jī)傳動(dòng)裝置的輸出第三端經(jīng)軋機(jī)出口板形與在線板形測(cè)量模塊相連，在線板形測(cè)量模塊的輸出端與板形偏差計(jì)算模塊相連。本發(fā)明解決了板形控制效果變差的問題，最大程度減少了軋機(jī)傳動(dòng)設(shè)備發(fā)生飽和現(xiàn)象的概率，增加了板形控制裝置的使用壽命，有利于軋機(jī)設(shè)備使用壽命的延長(zhǎng)和生產(chǎn)成本的控制。
文檔編號(hào)B21B37/28GK102366758SQ20111026916
公開日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者解相朋, 趙菁 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司