[发明专利]用于调整和控制的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于调整和控制具有至少一个传动装置的工业过程的方法及装置，以影响所生产产品的质量，其中生产速度或材料流率是变化的，从而产生了变化的控制条件。本发明优选地针对辊轧机应用中的自动调整和自适应控制，例如用于采用任何数量机械的或其他的传动装置来改进轧制产品的平整度。本发明还可应用于变化的材料是诸如板、带、织物(web)或流体的其他过程。

背景技术

通过辊轧机的工作辊的辊隙分布(profile)和轧制带的厚度分布来确定轧制产品，如带的平整度。带平整度于是可受到对影响轧机及其工作辊隙分布的不同控制装置的操纵的影响。这种传动装置可以是机械装置，如工作辊弯辊装置、中间辊弯辊装置、倾斜装置、中间辊窜动辊装置、顶凸传动装置，或诸如工作辊冷却/加热传动装置之类的热装置。

在金属冷轧的平整度控制中使用许多影响平整度分布的传动装置。在标准的解决方案中，平整度偏差借助于轧机矩阵而被映射到传动装置空间，其从各传动装置描述静态平整度响应。此分解产生许多控制环路，每个控制环路用于一个传动装置。这些环路被配备有PI控制器。当前这些控制器的调整是基于对每个环路模型的离线识别。此外，由于例如变化的辊轧速度所引起的模型中已知的变化在参数调度方式中被考虑。使每个环路的过程增益(process gain)不确定的两个因素是：其对轧制材料的依赖性，以及所采用的轧机矩阵和轧机实际行为之间可能的差异。

当轧制带时，重要的是总是保持期望的平整度分布。与期望平整度的偏差可能导致损失很大的带破裂以及所生产的带卷报废。因此平整度控制系统的任务是使实际的平整度分布尽可能地接近期望的平整度分布，这对控制系统的计算速度和准确度提出了高的要求。

无论变化的条件如何，为减小质量变化并将生产质量保持在规范以内，都需要对工业过程的控制器进行很好地调整。特别是，对高生产率的期望常常会对将过程控制得足够好以避免生产不合格材料以及避免由于破裂而导致生产中断的能力提出挑战。造纸机中的纸张破损或轧钢机中的带断裂是导致高昂生产损失的实例。

控制器的调整常常是基于从实验数据(例如从步骤测试)找出简化模型的例程，结合自动查找良好控制器调整的方法，并假定此模型足够好地代表了过程的行为。为使此例程成功，关键是在实验期间模型公式能够捕获过程的实际行为，且所获得的模型在对其中可能出现条件变化的过程的正常操作期间保持有效。通过适当地关注健壮性，调整方法可以允许所采取的标称行为有一些变化。如果过程的动态特性中有本质的变化-例如具有变化的生产速度-则已知的这种变化通过参数调度来处理。如果变化在调整实验期间出现，若应用标准方法则模型识别会被严重干扰。

常用手段是黑箱识别，即估计模型的离散时间公式中的参数，在与实际控制中使用的采样周期相同的采样周期中表示。然而，在某些过程的动态特性随生产速度而改变的情形中，由于模型的真实参数值会变化，因此估计会被速度变化干扰。这包括：如果以每单位时间进行采样，此为最普通的情形，则随后动态特性中随速度变化的部分会给出变化的离散时间模型参数，如果有时是由于实用原因按每材料流量进行采样，对于时间特性反比于速度的动态特性，还给出恒定的离散时间模型参数值，则随后动态特性中不随生产速度变化的部分会给出变化的离散时间模型参数。

对于PI控制环路的调整，在平整度控制的标准解决方案中，变化的辊轧速度阻止了用黑箱识别方法来确定模型。采样按每单位长度来执行，故传输行为的模型对采样数据来说是不变的，但对于以此方式采样的数据，传动装置动态特性不能得到不变的模型，因此整个离散时间模型会变化。此外，采样周期会因为变化的下采样倍数以及与此相关的变化的前置滤波而变化。

为获得准确的控制，应当基于过程如何响应被操纵变量的改变而很好地调整控制器。辊轧过程的增益依赖于未清楚得知的许多参数。对于平整度控制，相关增益由轧制的材料、采取的轧机矩阵与真实矩阵的实际一致性以及其他事项所影响。

在将初始控制任务，即使用若干传动装置保持生产材料的整个宽度上的平整度，分到若干传动装置测量环路中后，当前的控制策略是基于试运行期间的标准控制环路调整。这通常以对每个环路进行单独的离线模型参数估计和对该模型的调整来完成。为使该行为更加有效率，应当在线估计相关的模型参数并实时显示给用户，以决定何时结束该行为。而且，估计应当以不被速度变化所干扰的方式来执行。