專利名稱：一種冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及板帶鋼材軋制中的板形控制技術(shù)，尤其涉及一種冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
平直度是衡量冷軋帶鋼產(chǎn)品合格與否的一項主要技術(shù)指標(biāo)。良好的帶鋼平直度控制可以減少單邊浪、雙邊浪、中間浪等板形缺陷的發(fā)生，提高帶鋼產(chǎn)品的板形質(zhì)量。常見的多輥軋機中的板形控制系統(tǒng)主要是通過改變工作輥輥隙分布的方式來控制帶鋼的平直度。實現(xiàn)帶鋼平直度高精度控制的必要條件是能夠在線實時連續(xù)地獲取帶材的實際平直度分布參數(shù)，然后計算目標(biāo)平直度分布與實際平直度分布之差來獲取平直度偏差分布，再利用其計算各板形控制執(zhí)行器的在線調(diào)節(jié)量，然后根據(jù)執(zhí)行器的調(diào)節(jié)量來改變軋機傳動裝置的實際位置以影響工作輥輥縫分布，從而達(dá)到控制帶鋼平直度的目的。如，現(xiàn)有可檢索到的對帶鋼平直度進(jìn)行控制的技術(shù)1) M. J. Grimble, and J. Fotakis, “The Design of Strip Shape Control Systems for Sendzimir Mills，，，IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 27, No. 3，1982 ；2) S. R. Duncan, J. M. Allwood, and S. S. Garimella. “The analysis and Design of Spatical Control Systems in Strip Metal Rolling，，， IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 6, No. 2,1988 ；3) J. V. Ringwood, “Shape Control Systems for Sendzimir Steel Mills，，， IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 8, No. 1, 2000 ；4) Μ. Jelalu, U. Muller, A. Wolff, and W. Ungerer, "Advanced Control Strategies for Rolling Mills，，， Metallurgical Plants and Technology International, No. 3，2001;以及5)發(fā)明專利ZL200510028316. 2，名稱為“克服復(fù)合浪形的軋制方法”的技術(shù)。上述各種技術(shù)的共同特點是對獲取的軋制過程參數(shù)，如傳動裝置對平直度的作用功效和平直度偏差分布，不經(jīng)過任何技術(shù)處理而簡單地利用它們進(jìn)行直接求逆運算來獲取執(zhí)行器調(diào)節(jié)量。該方法通常稱為“最小平方法”、“剩余平方最小化法”、“左偽逆矩陣”等。使用上述基于對板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣的Gram矩陣進(jìn)行直接求逆的傳統(tǒng)帶鋼平直度控制方法，通常會遇到如下問題對軋機模型直接求逆可引起控制系統(tǒng)對模型誤差敏感，可能導(dǎo)致若干傳動裝置的不穩(wěn)定性或不必要的移動。所有的傳動裝置被同時使用時，由于不理想的解耦運算，這些傳動裝置并不是被獨立控制的，這意味著一個傳動裝置的小的移動可能引起其它傳動裝置的大的移動，并且使這些傳動裝置陷入極限狀態(tài)。為了解決上述問題，授權(quán)號為CN100556571C、名稱為“優(yōu)化帶材軋制中平整度控制的方法及裝置”的發(fā)明專利中使用對在線軋機模型的奇異值分解(SVD)來對整個帶材的當(dāng)前平直度偏差分布進(jìn)行參數(shù)化，然后設(shè)計線性多變量控制器來計算各傳動裝置的調(diào)節(jié)量。 由于其控制模式是通過使用軋機矩陣的奇異值分解導(dǎo)出的，這樣就獲得了更加穩(wěn)定和強健的控制性能。但，該方法卻顯著增加了板形控制的在線計算量。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的主要目的在于提供一種冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，采用改進(jìn)的控制架構(gòu)，以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并降低控制算法的在線計算量。為達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括軋機本體，還包括平直度控制子系統(tǒng)和平直度測量裝置；所述平直度控制子系統(tǒng)、軋機本體和平直度測量裝置依次相連，所述平直度測量裝置與所述平直度控制子系統(tǒng)通過反饋線相連接；其中所述平直度控制子系統(tǒng)，用于在線收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)，完成板形目標(biāo)平直度與所述平直度測量裝置反饋的帶材平直度之間偏差的正交參數(shù)化功能，并實時計算出冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量；所述軋機本體，用于根據(jù)所述魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量，改變軋機傳動裝置的實際位置以調(diào)整軋機工作輥的輥縫分布，從而控制帶鋼平直度。其中，所述軋機本體包括軋機傳動裝置和軋機出口板形。所述平直度控制子系統(tǒng)主要包括板形目標(biāo)平直度模板庫、誤差參數(shù)化模塊和多變量解耦控制模塊；其中所述板形目標(biāo)平直度模板庫，用于存儲工藝人員在帶鋼軋制前設(shè)定的板形目標(biāo)平直度模板；所述誤差參數(shù)化模塊，用于收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)，對板形控制執(zhí)行器的調(diào)控功效矩陣進(jìn)行正交分解，板形儀在線實時采集帶鋼平直度分布信號，計算目標(biāo)平直度與實時采集平直度之差即平直度偏差，并依據(jù)正交分解結(jié)果對該平直度偏差進(jìn)行參數(shù)化；所述多變量解耦控制模塊，用于利用多變量解耦控制算法計算一個控制周期內(nèi)的各執(zhí)行器的調(diào)節(jié)量。所述平直度控制子系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷軋帶鋼軋制過程參數(shù)模塊和以太網(wǎng)通信模塊。本實用新型所提供的冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點通過采用先進(jìn)的控制架構(gòu)，使用矩陣正交分解技術(shù)對板形控制執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)矩陣進(jìn)行分解，再利用分解后的結(jié)果對平直度偏差分布進(jìn)行參數(shù)化，接下來利用多變量解耦控制器實時計算出各執(zhí)行器的在線調(diào)節(jié)量，最后再根據(jù)執(zhí)行器的調(diào)節(jié)量來改變軋機傳動裝置的實際位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的方法既增加了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性又減少了控制算法在線計算量。

圖1為本實用新型冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)的架構(gòu)(含軋機本體中其它組件)示意圖；[0027]圖2為冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制方法流程圖；圖3為實施例中某一控制周期內(nèi)各執(zhí)行器調(diào)控功效系數(shù)圖；圖4為實施例中某一控制周期內(nèi)帶鋼平直度偏差分布圖；圖5為本實用新型控制方法與相關(guān)控制方法效果對比圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及本實用新型的實施例對本實用新型的系統(tǒng)及方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖1為本實用新型冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)的架構(gòu)(含軋機本體中其它組件)示意圖，也示出了其與軋機本體中其它組件的關(guān)系。其工作輥可水平移動的六輥冷軋機板形調(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齊，亦可由操作方考慮添加一個修正量，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。如圖1所示，該冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括軋機本體、平直度控制子系統(tǒng)和平直度測量裝置；所述平直度控制子系統(tǒng)、軋機本體和平直度測量裝置依次相連， 所述平直度測量裝置與所述平直度控制子系統(tǒng)通過反饋線相連接。其中所述平直度控制子系統(tǒng)，用于在線收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)，完成板形目標(biāo)平直度與所述平直度測量裝置反饋的帶材平直度之間偏差的正交參數(shù)化功能，并實時計算出冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量；所述軋機本體，用于根據(jù)所述魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量，改變軋機傳動裝置的實際位置以調(diào)整軋機工作輥的輥縫分布，從而控制帶鋼平直度。所述軋機本體包括軋機傳動裝置和軋機出口板形。所述平直度控制子系統(tǒng)主要包括板形目標(biāo)平直度模板庫、誤差參數(shù)化模塊和多變量解耦控制模塊。其中所述板形目標(biāo)平直度模板庫，用于存儲工藝人員在帶鋼軋制前設(shè)定的板形目標(biāo)平直度模板；所述誤差參數(shù)化模塊，用于收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)，對板形控制執(zhí)行器的調(diào)控功效矩陣進(jìn)行正交分解，板形儀在線實時采集帶鋼平直度分布信號， 計算目標(biāo)平直度與實時采集平直度之差即平直度偏差，并依據(jù)正交分解結(jié)果對該平直度偏差進(jìn)行參數(shù)化；所述多變量解耦控制模塊，用于利用多變量解耦控制算法計算一個控制周期內(nèi)的各執(zhí)行器的調(diào)節(jié)量。所述平直度控制子系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷軋帶鋼軋制過程參數(shù)模塊和以太網(wǎng)通信模塊。圖2為冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制方法流程圖，如圖2所示，該方法包括步驟1、收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)。這里，所述參數(shù)，主要包括板形控制執(zhí)行器功效系數(shù)矩陣、由板形儀在線實時采集的帶鋼平直度分布信號。板形控制執(zhí)行器功效系數(shù)矩陣是用來表示各板形控制執(zhí)行器的平直度調(diào)控能力， 可以根據(jù)輥系彈性變形理論以及軋件三維變形理論進(jìn)行數(shù)值計算獲得，也可以通過軋機實驗獲得。離線獲得的板形控制執(zhí)行器功效系數(shù)矩陣通常存儲于過程控制計算機(L2級)中，在帶鋼投入軋制前通過工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊傳送至平直度控制子系統(tǒng)。若板形控制執(zhí)行器個數(shù)為m，帶鋼寬度方向平直度評估點個數(shù)為n，則板形控制執(zhí)行器功效系數(shù)矩陣形式為nXm維的矩陣E
權(quán)利要求1.一種冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，包括軋機本體，其特征在于還包括平直度控制子系統(tǒng)和平直度測量裝置；所述平直度控制子系統(tǒng)、軋機本體和平直度測量裝置依次相連，所述平直度測量裝置與所述平直度控制子系統(tǒng)通過反饋線相連接；其中所述平直度控制子系統(tǒng)，用于在線收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)，完成板形目標(biāo)平直度與所述平直度測量裝置反饋的帶材平直度之間偏差的正交參數(shù)化功能，并實時計算出冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量；所述軋機本體，用于根據(jù)所述魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量，改變軋機傳動裝置的實際位置以調(diào)整軋機工作輥的輥縫分布，從而控制帶鋼平直度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述軋機本體包括軋機傳動裝置和軋機出口板形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述平直度控制子系統(tǒng)主要包括板形目標(biāo)平直度模板庫、誤差參數(shù)化模塊和多變量解耦控制模塊；其中所述板形目標(biāo)平直度模板庫，用于存儲工藝人員在帶鋼軋制前設(shè)定的板形目標(biāo)平直度模板；所述誤差參數(shù)化模塊，用于收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)，對板形控制執(zhí)行器的調(diào)控功效矩陣進(jìn)行正交分解，板形儀在線實時采集帶鋼平直度分布信號，計算目標(biāo)平直度與實時采集平直度之差即平直度偏差，并依據(jù)正交分解結(jié)果對該平直度偏差進(jìn)行參數(shù)化；所述多變量解耦控制模塊，用于利用多變量解耦控制算法計算一個控制周期內(nèi)的各執(zhí)行器的調(diào)節(jié)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，其特征在于，所述平直度控制子系統(tǒng)進(jìn)一步包括冷軋帶鋼軋制過程參數(shù)模塊和工業(yè)以太網(wǎng)通信模塊。
專利摘要本實用新型公開一種冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括軋機本體，平直度控制子系統(tǒng)和平直度測量裝置；所述平直度控制子系統(tǒng)，用于在線收集冷軋帶鋼軋制中的過程參數(shù)，完成板形目標(biāo)平直度與所述平直度測量裝置反饋的帶材平直度之間偏差的正交參數(shù)化功能，并實時計算出冷軋帶鋼平直度的魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量；所述軋機本體，用于根據(jù)所述魯棒優(yōu)化控制的執(zhí)行器調(diào)節(jié)量，改變軋機傳動裝置的實際位置以調(diào)整軋機工作輥的輥縫分布，從而控制帶鋼平直度。采用本實用新型的系統(tǒng)，能夠提高所述控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并降低控制算法的在線計算量。
文檔編號B21B37/28GK202290767SQ201120396698
公開日2012年7月4日 申請日期2011年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月18日
發(fā)明者解相朋, 趙菁 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司