[发明专利]一种冷轧电工钢的边降自动控制方法

权利要求书

1.一种冷轧电工钢的边降自动控制方法，其特征在于该控制方法分为设定控制部分与在线控制部分两部分内容，详细内容如下：

设定控制部分：

设定控制部分分为设定值计算与自学习计算两部分：

1)设定值计算部分：

设定值计算部分包括三种设定计算模式：边降设定模式、边降预设定模式、边降再设定模式；设定值计算部分主要在先后两个时刻触发，分别为钢卷进入轧制计划和钢卷进入第一机架入口之前的边降仪且边降仪检测到稳定来料断面数据，在每个触发时刻均进行三种设定计算模式的选择并只选择一种模式进行计算，当钢卷进入轧制计划时，获取当前各机架窜辊边降调控功效系数并判断是否发生改变，若发生改变则触发边降设定模式，反之，则触发边降预设定模式；当钢卷通过第一机架入口之前边降仪且边降仪检测到稳定来料断面数据时，获取入口断面检测数据与预设入口断面数据的偏差，若偏差超出给定限幅，则触发边降再设定模式，若未超出给定限幅，则再次获取当前各机架窜辊边降调控功效系数并判断是否发生改变，若发生改变则触发边降设定模式，反之，则触发边降预设定模式；三种设定计算模式的详细内容如下：

边降设定模式，主要包括以下步骤：

①获取参与边降控制的工作辊窜辊机架数3，选取距离带钢最边部x₁mm、x₂mm、x₃mm的3个点作为边降自动控制的目标点，其中x₁<x₂<x₃，定义i＝1,2,3，则x_i∈{x₁,x₂,x₃}；

②获取冷轧电工钢连轧机组第一机架入口前的入口边降仪实测的来料带钢距离最边部x_i mm处的厚度和距离最边部120mm处的的厚度H₁₂₀与冷轧电工钢第五机架出口处带钢距离最边部x_imm处的厚度和距离最边部120mm处的的厚度h₁₂₀、定义实测来料边降其中和分别为传动侧和操作测实测来料边降；定义冷轧电工钢第五机架出口处带钢距离最边部x_imm处的目标边降第j机架距离带钢边部x_imm处的窜辊边降调控功效系数储存值为来料带钢距离最边部x_imm处的预设边降热轧来料对冷轧最终出口边降影响系数ξ、距离带钢边部x_imm处的基准边降值的值，根据下列方程组可求得到第j机架工作辊窜辊量设定量

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}{S}_j^1+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,p}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^g\\ \underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_2,j}{S}_j^1+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_2}^{en,p}+d_{x_2}^0=d_{x_2}^g\\ \underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_3,j}{S}_j^1+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_3}^{en,p}+d_{x_3}^0=d_{x_3}^g\end{array}\right.---\left(1\right)$

③边升判断控制，主要包括以下步骤：

获取最终出口带钢距离最边部x_imm的边升最大允许值边升调节步长a；

计算得到距离带钢最边部x_imm处的

$d_{x_i}^{EU}=\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_i,j}{S}_j^1-{\mathrm{\&xi;D}}_{x_i}^{en,p}-d_{x_i}^0;---\left(2\right)$

设考虑边升的第j机架插入量为S_j，判断不等式是否成立；若同时成立，则S_j不变；若不成立，则相应调节规则为：当时，则S₁＝S₁-a、S₂＝S₂-a、S₃＝S₃-a；当而时，则S₂＝S₂-a、S₁＝S₁-a；当且而时，则S₁＝S₁-a；计算完成后再次判别三个不等式，直至不等式都同时成立；

④总插入量限幅，主要包括以下步骤：

获取第j机架工作辊窜辊量最大值第j机架工作辊窜辊量最小值第j机架工作辊窜辊量储存值

判断不等式和是否成立；若成立，令若成立，令否则S_j的值不改变；

计算出第j机架工作辊窜辊量设定值同时更新存储值至此，边降设定模式下的计算完成；

边降预设定模式，主要包括以下步骤：

①获取第j机架工作辊窜辊量储存值第j机架工作辊窜辊量自学习系数储存值L_j；

②计算出第j机架工作辊窜辊量设定值至此，边降预设定模式下的计算完成；

边降再设定模式：

边降再设定模式与边降设定模式的计算步骤完全完全相同，其唯一区别在于其用读取的实测来料边降代替了边降设定模式步骤②中的

2)自学习计算部分：

自学习计算部分包括工作辊窜辊量自学习和窜辊边降调控功效系数自学习两部分；

工作辊窜辊量自学习部分，主要包括以下步骤：

①给定第j机架工作辊窜辊量储存值第j机架工作辊窜辊量自适应系数储存值β_j、第j机架工作辊窜辊量自学习系数储存值L_j、自适应累加最大次数的初始值、第j机架工作辊窜辊量的当前值采样厚度数据个数n、允许采样厚度最大值h_max、允许采样厚度最小值h_min；同时读取自适应计算触发周期T₂，入口和出口两台边降的采样周期相同记为T₁，其中T₂＝n*T₁，判断T₂周期内是否所有n个T₁周期的采样数据h₀是否都满足：h_min<h₀<h_max，若不满足则不进行自适应计算，若满足则进行自适应计算；

②自适应计算：

定义自适应累加次数i_sf，令i_sf＝0；

按照下述指数平滑公式计算得到工作辊窜辊量自适应新系数

${\mathrm{\&beta;}}_j^{*}={\mathrm{\&beta;}}_j+\mathrm{\&alpha;}(S_j^{now}-S_j^{save}-{\mathrm{\&beta;}}_j)---\left(3\right)$

式中α为自适应增益系数，为第j机架工作辊窜辊量的当前值，mm；

更新自适应系数储存值同时令i_sf＝i_sf+1，判断不等式是否成立，若不成立则重新返回步骤①，若成立则转入步骤③；

③自学习系数计算，按指数平滑公式计算出自学习新系数

式中为自学习增益系数；

更新自学习系数储存值令i_sf＝0，至此一次工作辊窜辊自学习完成；

窜辊边降调控功效系数自学习部分，主要包括以下步骤：

①获取第j机架工作辊窜辊量自学习系数储存值L_j、第j机架自学习系数的最大值针对j＝1,2,3机架，分别判断不等式是否成立，若任一不等式成立，则转入步骤②，否则不触发窜辊边降调控自学习部分的计算；

②取3组不同时刻(定义t_k，k＝1,2,3)的第j机架工作辊窜辊量的值按照下述方程组求得新的窜辊边降调控功效

$\left\{\begin{array}{c}-\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}^{*}{S}_j^{t_1}+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,t_1}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^{t_1}\\ -\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}^{*}{S}_j^{t_2}+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,t_2}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^{t_2}\\ -\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}^{*}{S}_j^{t_3}+{\mathrm{\&xi;D}}_{x_1}^{en,t_3}+d_{x_1}^0=d_{x_1}^{t_3}\end{array}\right.---\left(5\right)$

式中为t_k时刻的实测第j机架工作辊窜辊量，mm；为t_k时刻的热轧来料距离边部x₁mm边降实测值，μm；为t_k时刻的冷轧产品距离边部x₁mm处的对应的实测边降值，μm；

③更新窜辊边降调控功效系数储存值至此一次窜辊边降调控自学习完成；

同样方法可以求得新的窜辊边降调控功效与

在线控制部分：

在线控制部分分为闭环反馈控制与前馈控制两部分：

1)闭环反馈控制部分：

闭环反馈控制部分是计算出第j机架工作辊窜辊量的在线调整量ΔS_j和工作辊弯辊力的在线调整量ΔF_j，主要包括以下步骤：

①出口边降仪数据处理，记边降自动控制的最小程序周期为T₃，T₃大于边降仪的采样周期T₁，将T₃时间内所有来料边降实测值取平均得到距离带钢边部x_imm处的平均来料边降实测值和所有成品带钢边降实测值取平均得到距离带钢边部x_imm处的平均成品带钢边降实测值

②边升判断控制，主要包括以下步骤：

获取最终出口带钢距离最边部x_imm的边升最大允许值

计算得到距离带钢边部x_imm处的平均成品带钢边升值

设考虑边升的第j机架插入量为S_j，判断不等式是否成立，若同时成立，则转入步骤③；若不成立，则相应调节规则为：当时，则S₁＝S₁-a、S₂＝S₂-a、S₃＝S₃-a；当而时，则S₂＝S₂-a、S₁＝S₁-a；当且而时，则S₁＝S₁-a；计算完成后再次判别不等式，直至不等式都同时成立，计算完成转入步骤③；

③根据边降计算插入量：获取第j机架距离带钢边部x_imm处的窜辊边降调控功效系数储存值冷轧电工钢第五机架出口处带钢距离最边部x_imm处的目标边降按式(6)计算得到各机架的工作辊窜辊量的在线调节量

$\left\{\begin{array}{c}\underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_1,j}{\mathrm{\&Delta;S}}_j^1=d_{x_1}^{avg}-d_{x_1}^g\\ \underset{j=j}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_2,j}{\mathrm{\&Delta;S}}_j^1=d_{x_2}^{avg}-d_{x_2}^g\\ \underset{j=1}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}{K}_{x_3,j}{\mathrm{\&Delta;S}}_j^1=d_{x_3}^{avg}-d_{x_3}^g\end{array}\right.---\left(6\right)$

④边部楔形控制，主要包括以下步骤：取带钢操作侧距离最边部15mm处平均成品带钢边降实测值中的和传动侧距离最边部15mm处平均成品带钢边降实测值计算得到边部楔形值W_e：

$W_e=d_{15,ws}^{avg}-d_{15,ds}^{avg}---\left(7\right)$

计算出插入量针对楔形的操作侧工作辊窜辊量的在线调节量和传动侧工作辊窜辊量的在线调节量

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^W=-0.25W_e/K_j^W\\ {\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^W=0.25W_e/K_j^W\end{array}\right.---\left(8\right)$

其中为第j机架边部楔形调节系数；

⑤变增益计算，主要包含以下步骤：按下列公式计算得到速度增益系数G_v：

$G_v=G_z{T}_3/\left(\underset{j=1}{\overset{4}{\&Sigma;}}\frac{D_{S_J}}{v_j}\right)---\left(9\right)$

式中G_v为速度增益系数；G_z为速度增益缩放系数；T₃为L1控制器的最小程序执行周期，s；为第j机架与第j+1机架间距离，m；v_j为第j机架出口带钢速度，m/s；

计算得步骤⑤所属的经变增益后的操作侧和传动侧的第j机架工作辊窜辊量在线调整量和

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^2=G_v({\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^1+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^W)\\ {\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^2=G_v({\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^1+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^W)\end{array}\right.---\left(10\right)$

式中和即前述的在操作侧(ws)和传动侧(ds)对应的值；

⑥将分别与窜辊调节步长b比较，若则令若则令其他情况均令若则令若则令其他情况均令

⑦累加器控制计算，主要包含以下步骤：累加计算，不断累加前述工作辊窜辊量在线调整量得到累加器存储记忆的操作侧和传动侧的第j机架工作辊窜辊量在线调整量和

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^3={\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^3+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^2\\ {\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^3={\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^3+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^2\end{array}\right.---\left(11\right)$

式中和的初值均为0；

设步骤⑦所属的操作侧和传动侧的第j机架工作辊窜辊量在线调整量为和

判断不等式或是否成立，若成立，则令或然后转入步骤⑧并将和分别置零并作为下一个边降自动控制最小程序周期的初始值；若不成立，则令且然后转入步骤⑧，并将当前和作为下一个边降自动控制最小程序周期的初始值；

⑧总插入量限幅：

判断不等式或是否成立；若成立，则令或分别为零后转入步骤⑨；若不成立，则直接转入步骤⑨；

⑨带钢低速保护，获取当前第5机架出口带钢速度v₅，判断不等式是否成立；式中为低速保护临界速度；

设步骤⑨所属的操作侧和传动侧的第j机架工作辊窜辊量在线调整量为和

若不等式成立，则令并转入步骤⑩；若不等式不成立，则令并转入步骤⑩；

⑩计算得到第j机架对应的工作辊弯辊力在线补偿调节量：

${\mathrm{\&Delta;F}}_j^B=0.5({\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^5+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^5)K_j^B---\left(12\right)$

式中为第j机架对应的弯辊力补偿增益调节系数，kN/mm；

计算出第j机架的上、下工作辊窜辊量的实时输出值和第j机架工作辊弯辊力的实时输出值F_j：

$S_j^{up}=S_j^{SET}+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ws}^5---\left(13\right)$

$S_j^{bt}=S_j^{SET}+{\mathrm{\&Delta;S}}_{j,ds}^5---\left(14\right)$

$F_j=F_j^{now}+{\mathrm{\&Delta;F}}_j^B---\left(15\right)$

式中为当前的第j机架弯辊力，kN；为第j机架对应的弯辊力补偿调节量，kN；

输出上、下工作辊窜辊量的实时输出值和工作辊弯辊力的实时输出值F_j到相应执行机构，调节冷轧电工钢的边降大小，从而实现对冷轧电工钢边降的反馈控制；

2)前馈控制部分：

①前馈调节触发条件判断：当入口边降仪检测到距离最边部x₁mm处的来料边降与相应处的来料目标边降相差小于允许值D_p即：当时不进行前馈调节；反之，则触发前馈调节计算；

②设置序号为1、2、3的3个移位寄存器，3个移位寄存器的周期分别为t_p，p＝1,2,3，将当前检测到的来料边降不断保存在3个移位寄存器的缓冲区中；

③判断移位寄存器中测得的来料边降位置是否已到达窜辊控制机架j：

当j＝1时：

$t_1^d=\frac{x^n}{v^n}---\left(16\right)$

当j≥2时：

$t_j^d=\underset{j=1}{\overset{j}{\&Sigma;}}\frac{x_j^d}{v_j^d}-\frac{x_1^d}{v_1^d}+\frac{x^n}{v^n}---\left(17\right)$

式中xⁿ为入口边降仪检测位置到第1机架(对应窜辊控制机架)的距离，m；vⁿ为入口边降仪检测位置到第1机架入口时段的带钢速度，m/s；为第j-1机架出口带钢速度，m/s；为第j机架到j-1机架之前的距离，m；为钢卷从入口边降仪检测位置到第j机架(对应窜辊控制机架)所需时间，s；

当时，输出序号为p的移位寄存器中存储的来料边降值

④按照下式计算得到第j机架的插入量前馈量调节量并输出到执行机构进行前馈调节：

${\mathrm{\&Delta;S}}_j^F={\mathrm{\&alpha;}}_j(D_{x_1}^{en}-D_{x_1}^{en,g})---\left(18\right)$

式中为第j机架对应的前馈插入量调节量，mm；α_j为第j机架边降前馈修正系数。