用于金属轧制应用的轴承浮动补偿制造技术

一种方法在用于金属辊子轴承的金属轧制操作中推理确定流体动力轴承浮动。该方法从处理金属辊的轧机机座接收金属辊的轧制负荷、按压金属辊的一对辊子之间的间隙以及金属辊通过一对辊子的速度。该方法进一步在金属辊已经穿过一对辊子之后从轧机机座接收金属辊的标准尺寸。该方法使用金属辊的轧制负荷、按压金属辊的一对辊子之间的间隙、金属辊通过一对辊子的速度，以及金属辊已经穿过一对辊子之后的金属辊的标准尺寸来确定流体动力轴承浮动。该方法然后基于所确定的流体动力轴承浮动来调整一对辊子之间的间隙。

【技术实现步骤摘要】
用于金属轧制应用的轴承浮动补偿
本公开涉及用于金属轧制操作中的轴承浮动补偿的系统和方法。
技术介绍
中心线厚度(量规)偏差是任何金属轧制应用(黑色金属、有色金属、热轧或冷轧)中的关键性能指标(KPI)。尽管金属轧制工艺以及实际的与其相关的控制技术相对成熟，但是轧机操作人员不断努力提高工艺性能。总之，这在一定程度上是由金属行业的极端竞争的经济市场条件所驱动的。在鲁棒设计、但高性能、厚度控制策略方面存在许多挑战。挑战范围从轧机机座和测量装置之间存在变化的时间延迟到穿过操作范围的显著非线性。此外，对测量干扰(诸如入口厚度和入口速度或未测量的内部干扰，诸如辊偏心率、热增长和工作辊的热机械磨损)的快速干扰抑制的要求呈现进一步的挑战。通常用于金属轧机构造中的油膜型轴承的流体动力特性(膜厚度、动态粘度)随轧制过程变量(轧制负荷和轧制速度)而变化。如果没有补偿，此变化不可避免地导致出口量规偏差，尤其是在开始(直接在轧机穿带(millthreading)之后)和结束(直接在轧机切尾(milltail-out)之前)时轧机速度加速和减速事件期间。这种量规偏差的结果是降低工艺产量(在极端的情况下降低高达10％)，并且增加相关联的后处理时间/成本，从而导致更复杂和更昂贵的产品认证过程。尽管这些挑战中的每个都是众所周知的，并且被相当好地理解，但是缺乏可有效地结合所有上述特征的厚度控制设计的协调且系统的方法。附图说明图1是金属轧机的例示。图2是PI反馈调节器的框图。图3A和图3B示出轴承浮动对量规控制性能的影响。图4示出涉及控制和记录针对一系列轧制力的液压缸位置的迟滞测试的输出。图5示出在负荷和速度空间中绘制的轴承浮动实验的典型结果。图6A示出用于推理确定轴承浮动的前馈实施例。图6B示出用于推理确定轴承浮动的前馈和反馈实施例。图7A和图7B是示出根据推断确定轧机组中轴承浮动的系统和方法的操作和特征的框图。具体实施方式在以下描述中，参考形成以下描述的一部分的附图，并且在附图中通过例示的方式示出可实践的具体实施例。充分详细地描述这些实施例，以使本领域技术人员能够实践本专利技术，并且应当理解，可利用其它实施例，并且可在不脱离本专利技术的范围的情况下进行结构、电和光学改变。因此，以下对示例实施例的描述不应被理解为限制性的，并且本专利技术的范围由所附权利要求书限定。现有金属轧制控制解决方案的不足之处在于轧机速度加速和减速事件(对应于轧机的穿带和切尾)期间的量规控制性能。这导致不合格性能，从而降低总体产品质量和产量，并且增加产品后处理时间和成本。用于解决这种不足的常见策略包括进行冗长且耗时的实验，以便在操作点精细网格(通常根据轧机负荷和轧机速度定义)上表征轴承浮动特征。然后将该表征存储为查找表，该查找表在轧制期间被内插以获得轴承浮动补偿，并且该查找表通常在前馈中与现有的标准尺寸控制技术一起使用。这种解决方案显然不能适用于轧机条件下的不可避免的变化，诸如渗漏、老化效应等。实施例包括类似的初始实验，尽管在操作点的明显更粗的网格上表征轴承浮动特征的简化模型。这种半经验模型源自第一原理洞察并且简化为能够在实际轧机应用中在线使用。此外，该轴承浮动特征模型与简单的轧制模型耦合，并且使用扩展卡尔曼滤波器(ExtendedKalmanFilter)基于统计推断估计该模型的状态(和选定的参数)，并且针对具有不确定参数的系统进行具体调整。这种方法具有明显的优点，即轴承浮动补偿是从过程测量递归估计的，从而对统计噪声和额外的建模误差提供一定程度的鲁棒性。一个或多个实施例可集成到现有金属轧制控制解决方案中。一个或多个实施例可以多种形式实践，诸如向现有量规控制解决方案提供前馈补偿的独立轴承浮动估计器、轴承浮动估计器，以及提供轴承浮动的前馈补偿和出口标准尺寸的估计以供现有反馈控制器(PID控制器)使用的出口量规估计器(BISRA或质量流)，以及与例如辊偏心率估计、热增长估计一起集成为协调控制解决方案的一部分的轴承浮动估计器，该协调控制解决方案可使用例如线性二次调节器(LQR)技术来设计。特定实施例涉及单机座带材冷轧机中的量规控制。然而，其它实施例实际上涉及任何类型的金属轧制应用。图1是金属轧机的例示。通过以已知速度ωr转动的多个辊120a、120b、120c和120d(被称为机座)，厚度为H的来自辊子110的引入材料减少。机座配备有间隙定位系统(机械的、液压的或两者的组合)。材料以厚度h离开机座，并且聚集在辊子130上。控制目标是尽可能靠近目标href调节该引出厚度h。出口厚度测量装置和机座本身之间存在变化的运输延迟，控制问题变得非常复杂。这种时变运输延迟的特征在于图1中的机座中心线L与机座速度ωr之间的距离。众所周知，此时间延迟可对控制行为产生不稳定影响，并且因此应在控制设计阶段考虑该延迟。解决该延迟问题的常见且简单的方法是直接部署PI调节器以控制厚度。由于时间延迟，控制器必须被解调，这导致有限带宽的闭环性能。这种简单的控制结构在图2中示出。具体地，在图2中，金属辊厚度h从设备230中的辊子组中脱离。厚度h被反馈回到加法器或比较器210，该加法器或比较器210将金属辊厚度h与期望厚度href进行比较。控制器220然后基于比较器210的输出来控制辊组。图3A和图3B示出轴承浮动对轧机机座的量规控制性能的影响，并且特别是由于轴承浮动效应而引起的标准尺寸控制性能较差。期望的量规(href)由310指示，并且标准尺寸偏差在305处。标准尺寸偏差上限指示在320A处，标准尺寸偏差下限指示在320B处。在轧机加速和减速事件期间的标准尺寸偏差的上限和下限分别指示在330A和330B处。图3B示出在不同采样时间的轧机辊的速度。轧机辊的速度由曲线350指示。图3B进一步示出轧机辊速度的中断，诸如示出在360处的减速(或加速(未示出在图3B中))，导致轧机辊的标准尺寸迅速上升达到不可接受的水平，如340处所示。轴承浮动效应由雷诺(Reynolds)方程控制，雷诺方程是润滑理论中控制薄粘性流体膜压力分布的偏微分方程。由纳维尔斯托克斯(NavierStokes)方程导出的雷诺方程一般必须用数值方法求解。然而，对于某些简化的情况，存在解析解。雷诺方程解的简化近似给出如下：其中ω是辊圆周速度[m/min]F是总轧制负荷[吨]a,b是待识别的参数用于轴承浮动模型(以及实际上在以下部分中呈现的简化轧制模型)的离线参数识别的实验设计仅仅是普通迟滞测试的扩展，其可被称为修正迟滞测试，其中轧机辊速度和轧机辊负荷两者都是变化的。具体地，修正迟滞测试包括将轧机设定为力控制，并且记录从最小到最大再回到最小的一系列轧制力的液压缸位置。此测试的输出的示例在图4中给出。以与轴承浮动模型类似的方式，轧机弹跳(millstretch)可建模为：为了激励速度依赖性，轴承浮动测试还需要修正轧制速度。在一组离散的轧制负荷Fi(i＝1,...,M)下，轧制速度从最小增加到最大再回到最大，并且记录未补偿的螺杆位置sij。为了便于可视化，将轴承浮动实验的典型结果绘制在图5中的负荷和速度空间中，这可看作是轧机弹跳效应和轴承浮动效应两者的组合。推理传感器构建工作流的第一步是对轧机机座区域进行建模。尽管这对于任何类型的轧机(单机座、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种在用于金属辊子轴承的金属轧制操作中推理确定流体动力轴承浮动的方法，包括：从处理所述金属辊的轧机机座接收所述金属辊的轧制负荷、按压所述金属辊的一对辊子之间的间隙以及所述金属辊通过所述一对辊子的速度；（710）在所述金属辊已经穿过所述一对辊子之后，从所述轧机机座接收所述金属辊的标准尺寸；（720）使用所述金属辊的所述轧制负荷、按压所述金属辊的一对辊子之间的所述间隙、所述金属辊通过所述一对辊子的所述速度，以及所述金属辊已经穿过所述一对辊子之后的所述金属辊的所述标准尺寸来确定所述流体动力轴承浮动；并且（730）基于所述确定的流体动力轴承浮动来调整所述一对辊子之间的所述间隙（740）。

【技术特征摘要】
2017.05.31 US 15/6092641.一种在用于金属辊子轴承的金属轧制操作中推理确定流体动力轴承浮动的方法，包括：从处理所述金属辊的轧机机座接收所述金属辊的轧制负荷、按压所述金属辊的一对辊子之间的间隙以及所述金属辊通过所述一对辊子的速度；（710）在所述金属辊已经穿过所述一对辊子之后，从所述轧机机座接收所述金属辊的标准尺寸；（720）使用所述金属辊的所述轧制负荷、按压所述金属辊的一对辊子之间的所述间隙、所述金属辊通过所述一对辊子的所述速度，以及所述金属辊已经穿过所述一对辊子之后的所述金属辊的所述标准尺寸来确定所述流体动力轴承浮动；并且（730）基于所述确定的流体动力轴承浮动来调整所述一对辊子之间的所述间隙（740）。2.如权利要求1所述的方法，其中使用卡尔曼滤波器融合所述金属辊的所述轧制负荷、按压所述金属辊的所述一对辊子之间的所述间隙，以及所述金属辊通过所述一对辊子的所述速度；（750）并且其中，使用所述卡尔曼滤波器，将所述金属辊已经穿过所述一对辊子之后的所述金属辊的所述标准尺寸与所述金属辊的所述轧制负荷、按压所述金属辊的所述一对辊子之间的所述间隙以及所述金属辊通过所述一对辊子的所述速度融合（751）。3.如权利要求1所述的方法，其中使用卡尔曼滤波器确定所述流体动力轴承浮动；（755）其中所述卡尔曼滤波器将雷诺方程的解实现为所述金属辊通过所述一对辊子的所述速度和所述金属辊的轧制负荷的函数；并且（756）其中用于所述雷诺方程的一个或多个参数通过修正迟滞测试确定（757）。4.如权利要求1所述的方法，包括：将所述金属已经穿过所述一对辊子之后的所述金属辊的所述标准尺寸与基准标准尺寸进行比较；以及基于所述金属辊已经穿过所述一对辊子之后的所述金属辊的标准尺寸与所述基准标准尺寸的所述比较来调整所述一对辊子之间的所述间隙（760）。5.如权利要求1所述的方法，其中所述金属辊的所述轧制负荷经由轧制模型确定；765并且其中所述轧制模型是以下中的一个或多个的函数：轧制负荷、轧制扭矩、前滑、材料硬度、辊半径和带材宽度，并且其中所述轧制模型简化了与辊的接触面积有关的计算（756）。6.如权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：P麦加恩，
申请(专利权)人：霍尼韦尔国际公司，
类型：发明
国别省市：美国,US