專利名稱：冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于冷軋帶鋼領域，尤其涉及一種冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統。
背景技術：
隨著國內外裝備制造業的迅猛發展，下游用戶對冷軋帶鋼產品質量要求也日益增高，特別是對于高檔汽車和高端IT產品制造等行業。冷軋帶鋼主要用于沖制各種零部件，為了提高重模壽命和沖壓精度，就要求冷軋帶鋼具有較好的板形質量。于是，研究板形控制技術對于冷軋鋼鐵企業提高核心競爭力具有至關重要的作用。為了控制好軋機出口板形，人們研發了板形儀。通常將其安裝在軋制出口處用于在線測量軋機出口板形信號，然后利用軋機出口板形信號進行閉環板形控制。值得注意的 是，閉環板形控制系統是一種典型的檢測時滯系統，這是因為在軋機和板形儀之間客觀存在一定距離。在閉環控制系統投入在線運行特別是中低速軋制時，板形儀測量的當前板形信號可能是幾個控制周期以前的軋機出口板形，如果采用高增益控制器時可能導致控制系統不穩定，不能取得良好的控制效果，這也是板形反饋控制的主要短板。此時，由于來料凸度變化和軋制力波動等實際因素都會造成出口板形質量變差的技術問題。近年來，國內外研究者針對如何進一步提高板形控制質量進行了深入研究，試圖從控制方法角度來解決由于來料凸度變化和軋制力波動等實際因素造成的出口板形質量變差的技術問題，克服傳統反饋控制在處理時滯問題上得不足。Jelali等人在美國專利(US 6721620B2) “Multi variable flatness control system”中引入了板形預測模型，通過模型預測出口板形來消除板形測量延時，使得板形控制可以快速動態運行。該方法基本的要求是需要建立軋制過程的一個準確模型，但實際板形模型是隨軋機工況，例如軋機冷卻特性、軋輥和帶鋼間的摩擦系數和帶鋼的變形抗力等因素而變化的，因而很難獲得滿足實際需求的板形預測模型。為了解決這個問題，顧廷權等人在專利CN 101758084 A “模型自適應的板形預測控制方法”中提出了一種基于模型自適應技術的板形預測控制方法，利用歷史輸入輸出數據建立一個含有執行機構特性的板形模型，并且根據實時的軋制參數和相應的實際板形值不斷對該模型進行動態校正，校正模型用于準確預測板形及確定最優的控制量，以達到去除帶鋼在機架和板形儀之間傳輸時滯的目的。但是值得注意的時，這種方法完全用預測控制代替了反饋控制，因而其校正模型的模型精度和跟蹤精度對于控制效果來說是非常重要的。實際上，軋制過程是一個非常復雜的非線性系統，涉及影響因素種類眾多且具有時變特性，由校正模型計算出的預測板形無法取代板形儀實測板形。現在技術現狀是預測板形可以消除傳輸時滯但是精度不能保證，板形儀實測板形精度高但是具有傳輸時滯。這種情況下，無論是板形反饋控制還是板形預測控制控制都具有明顯的劣勢，無法滿足日益增高的板形控制精度技術要求
實用新型內容
[0005]本實用新型提供了一種冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統，采用先進的前饋-反饋協同控制架構，能同時兼顧冷軋帶鋼軋制過程中板形精度和傳輸時滯的問題。為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現的一種冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統，包括軋機本體，其特征在于還包括凸度儀、板形測量輥、軋機傾輥彎輥調控機構、軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器；凸度儀、板形測量輥軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器的輸出端分別與工控機相連接，工控機的輸出端通過基礎自動化PLC與軋機傾輥彎輥調控機構相連接；其中凸度儀安裝于軋機入口處，板形測量輥安裝于軋機出口處，軋機傾輥彎輥調控機構、軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器安裝于軋機本體上。進一步的，上述方案如所述的板形控制系統，還包括與工控機連接的操作員站。本實用新型的有益效果是本控制系統既消除了帶鋼在軋機和板形儀之間存在的 傳輸時滯影響，又能保證預測板形的精度，能夠有效解決軋制過程中由于來料凸度變化和軋制力波動等實際因素造成的出口板形質量變差的技術問題，從而顯著提高冷軋帶鋼產品的品質。

圖I為本實用新型一個實施例的結構示意圖。圖2為本實用新型一個實施例的控制軟件系統結構圖。圖3為本實用新型一個實施例的控制原理流程圖。圖4為使用常規板形反饋控制系統時冷軋帶鋼出口板形分布圖。圖5為使用本實用新型冷軋帶鋼出口板形分布圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的系統作進一步詳細的說明。圖I為本實用新型冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統的系統結構示意圖，表示出了系統中各組件之間的關系。系統包括軋機本體；凸度儀，安裝于軋機入口處；板形測量輥，安裝于軋機出口處；安裝于軋機本體上的軋機傾輥彎輥調控機構、軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器；與凸度儀、板形測量輥、軋制力檢測裝置、調控機構位置傳感器和操作員站HMI的輸出端相連接的工控機；通過基礎自動化PLC與工控機的輸出端相連接的軋機傾輥彎輥調控機構。如圖2所示，該冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統的工控機中包含有冷軋帶鋼板形控制系統，該軟件系統包括目標板形設定模塊，用于根據工藝要求和產品要求設定軋制成品目標板形分布曲線.板形偏差信號計算模塊，用于接收出口板形分布信號和目標板形分布曲線，將目標板形曲線減去出口板形分布信號得到板形偏差信號；其中出口板形分布信號由板形測量輥測量獲得；板形預測模塊，用于接收來料凸度各次分量實時測量信號和軋制力實時測量信號，并計算來料凸度分量變化值和軋制力變化所引起的板形變化量；其中來料凸度各次分量實時測量信號和軋制力實時測量信號分別由凸度儀和軋制力檢測裝置測量獲得；板形控制計算模塊，用于接收板形變化量、板形偏差信號和調控機構實時位置信號，根據板形變化量和板形偏差信號計算出預測板形偏差信號，對預測板形偏差信號進行優化得到板形調控機構調節量，再根據調控機構實時位置信號進行限幅處理計算板形調控機構調節量；其中調控機構實時位置信號由調控機構位置傳感器獲得；調節量輸出模塊，用于輸出最終板形調控機構調節量。圖3為本實用新型一個實施例的控制原理流程圖，它包括以下步驟I)根據工藝要求和產品要求設定軋制成品目標板形分布曲線。在帶材軋制前，由操作員站根據L2過程自動化傳輸的當前帶卷信息設定本次軋 制的目標板形曲線。2)根據出口板形分布信號和目標板形分布曲線，將目標板形曲線減去出口板形分布信號計算得到板形偏差信號；其中出口板形分布信號由板形測量輥測量獲得。板形自動控制系統投入運行后，由安裝在軋機出口處的板形測量輥在線檢測板形分布信號，并通過TCP/IP通訊方式將板形分布信號傳輸到板形計算機。3)根據來料凸度各次分量實時測量信號和軋制力實時測量信號，并計算來料凸度各次分量變化值和軋制力變化所引起的板形變化量；其中來料凸度各次分量實時測量信號和軋制力實時測量信號分別由凸度儀和軋制力檢測裝置測量獲得。使用安裝在軋機入口處的凸度儀在線檢測來料凸度，獲取來料凸度的各次分量，所述來料凸度各次分量為來料凸度的一次、二次、三次和四次分量，表示為Cl、C2、C3、C4 ；來料凸度各次分量變化值為本次來料凸度各次分量值減去上一次來料凸度各次分量值，分別表示為 ACp AC2、AC3和AC4 ;
其計算數學公式為=ACi = Ci-Cpi,這里Cpi為上一次在線檢測的第i次來料凸度分量。利用軋制力檢測裝置在線檢測軋制力大小P，軋制力變化值為本次軋制力測量值減去上一次軋制力測量值，表示為ΔΡ ;其計算數學公式為AP=P-P,這里I為軋制力的上一次測量值。然后代入以下公式進行計算
ax Ecu Ec12 Ecb Ec14 Γ AC1 K1h = Ec21 E°22 Ecs Ε"24 xrC2 + ΧΔΡ(I), a3 Ec31 Ec32 Ec33 Ec34 AC3 !L3
^ 4 E-C η E-C 五 c 尋 3 Ec 料式(I)中、％和A分別為板形預測信號的一次、二次、三次和四次分量；Ecij (i=l, 2, 3,4; j=l, 2，3，4)為來料凸度的第j次分量變化值對板形預測信號的第i次
分量的影響系數；Fm ( i= 1,2, 3,4)為軋制力變化對板形預測信號的第i次分量的影響系數。
O τQ1 ·O T-0 T-FF ⑴(―) + % X /2 (―) + a3xj； (―) + a4x /4 (―)(2),
hJD3JD式(2)中I為板形特征點坐標，單位為mm，它由工藝專業人員根據板形儀的各測量區段寬度和帶鋼寬度來選定；B為帶鋼寬度，單位為mm ;認
權利要求1.一種冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統，包括軋機本體，其特征在于還包括凸度儀、板形測量輥、軋機傾輥彎輥調控機構、軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器；凸度儀、板形測量輥軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器的輸出端分別與工控機相連接，工控機的輸出端通過基礎自動化PLC與軋機傾輥彎輥調控機構相連接；其中凸度儀安裝于軋機入口處，板形測量輥安裝于軋機出口處，軋機傾輥彎輥調控機構、軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器安裝于軋機本體上。
2.如權利要求I所述的冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統，其特征在于還包括與工控機連接的操作員站。
專利摘要本實用新型公開了一種冷軋帶鋼板形前饋-反饋協同控制系統，包括軋機本體，其特征在于還包括凸度儀、板形測量輥、軋機傾輥彎輥調控機構、軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器；凸度儀、板形測量輥軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器的輸出端分別與工控機相連接，工控機的輸出端通過基礎自動化PLC與軋機傾輥彎輥調控機構相連接；其中凸度儀安裝于軋機入口處，板形測量輥安裝于軋機出口處，軋機傾輥彎輥調控機構、軋制力檢測裝置和調控機構位置傳感器安裝于軋機本體上。本實用新型采用先進的前饋-反饋協同控制架構，能顯著提高冷軋帶鋼產品的品質。
文檔編號B21B37/28GK202606511SQ20122017307
公開日2012年12月19日 申請日期2012年4月23日 優先權日2012年4月23日
發明者解相朋, 趙菁, 吳有生, 任朝暉 申請人:中冶南方工程技術有限公司