[发明专利]基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿设备

说明书

技术领域

本发明涉及基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿设备。

背景技术

由于轧辊和轧辊轴承形状的不规则造成轧辊的旋转轴心和几何轴心不是正好吻合的情况称为轧辊偏心，这些不规则的形状可能产生于轧辊的制造、修磨、装配、磨损、热膨胀等过程，由于支撑辊的辊径相对于工作辊和中间辊来说要大的多，因此轧辊偏心主要是由于支撑辊本身不圆和辊径与其它辊不同轴所产生的。

在带钢生产中，轧辊偏心会造成轧机自动厚度控制系统产生反方向的调节，使得带钢轧出厚度发生周期性的波动，对带钢的厚度精度造成很大的影响。为此数十年来已经有许多企业、研究机构对轧辊偏心的补偿方法及设备进行了研究，目前的主要方法可分为三类：

一是预防轧辊偏心控制法，这种方法是在轧制前尽可能创造一些条件以便能减小轧辊偏心对轧件厚度的影响，而在轧制中不采用任何校正措施，如早期的采用设置死区的方法避免压下系统受轧辊偏心的高频干扰，但提高厚度控制精度和抑制轧辊偏心扰动对死区大小的要求是相矛盾的，二者很难兼顾。

二是被动轧辊偏心控制法，这类方法的主要目的是使辊缝控制系统对轧辊偏心引起的厚度干扰反应不敏感，而不需要辊缝按照轧辊偏心函数关系进行校正。

三是主动轧辊偏心控制法，这类方法一般通过轧辊偏心分量检测得出补偿信号，然后送到辊缝控制调节器中以补偿轧辊偏心。该方法是目前效果最好、精度最高的方法。根据检测信号的处理方式，这类方法又可以分为分析法和综合法。在分析法中，轧辊偏心分量是通过数学分析法(一般采用傅里叶变换分析)从检测信号中提取出来的。在综合法中，轧辊偏心分量是通过复制轧辊偏心分量得到的，信号复制可采用机械法或电量法，例如德国纽曼公司提出的一种利用随支撑辊同时旋转的凸轮来模拟轧辊偏心的检测装置，还有德国克虏伯公司提出的采用辊缝传感器来检测轧辊偏心对辊缝的影响。

这些方法中，有的需要有凸轮、辊缝仪等特殊检测设备和仪器，其维护安装检修存在不便。而采用数据分析法，例如使用傅里叶变换法，由于其计算是大量的复数乘法与加法，对于工业上通常使用的自动控制器来说很难实时完成计算。而且傅里叶变换的使用条件要求很高，在现场情况下，傅里叶变换方法一般不能精确计算出偏心信号的各周期分量的幅值、频率和相角。另外还有一些方法是基于支撑辊旋转角度进行计算的，这种方法对支撑辊当前角度的测量或计算要求十分精确，或者采用在支撑辊上加装脉冲编码器来确定当前角度，或者通过传动辊上的编码器来计算得到支撑辊的当前角度。由于支撑辊经常更换，在上面加装脉冲编码器的方法存在安装和维护的不便；而通过传动辊间接计算支撑辊的角度不可避免的存在误差，随着支撑辊的转动，这个误差会不断累积，导致偏心补偿的相角计算不准确，从而造成补偿失败。

轧辊偏心信号为一个周期性的信号，周期性的信号可以分解为无穷级数，这些级数中只有一些频率的分量是占主体地位的。目前相关研究资料中都假定基频率下或者基频率加二倍基频率下的分量为主体，但实际上这个假定可能是不符合实际的。

为此本申请人在初期采用了快速离散傅立叶变换对采样的偏心信号进行离线分析，但仅仅用以确定本轧机偏心信号的主体分量形式，不用来确定偏心信号中的主体分量的参数。而且快速傅立叶变换是在工控机上离线进行，运算时间没有实时性的要求。偏心信号的主体分量参数使用在线递推算法来进行估计，其幅值和相角参数都在轧制进行中不断地进行修正，因此并不需要精确知道支撑辊的旋转角度，从而避免了上述方法中存在的问题。

目前使用的一个六辊轧机及主要检测元件如图1所示：轧机由中间辊传动，上中间辊6(传动辊)和下中间辊9(传动辊)转速保持基本一致，转速n_S由安装在传动电机上面的上中间辊脉冲编码器15和下中间辊脉冲编码器16测量得到，根据该值计算得到支撑辊的角速度ω。轧机采用液压缸3来调节上工作辊7和下工作辊8之间辊缝位置值，辊缝实际值由位移传感器4测量得到，轧机压下控制器1根据辊缝位置设定值调节伺服阀2的开口度，进而控制液压缸3的位移量。轧机前后安装有前测厚仪12、后测厚仪13，轧材11的入口厚差和出口厚差由此得到。轧制力实际值由轧制力测量元件14测量得到。轧机主传动调速系统17可以调节轧机的转速。由于上支撑辊5和下支撑辊10的偏心现象，对出口厚差和轧制力有一个周期性的影响，可以从出口厚差实际值和轧制力实际值中分离出该周期性的信号，这就是偏心信号。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，以提高轧材厚度控制精度，提高生产效率。