多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法技术

本发明专利技术涉及一种多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，步骤为：1、通过铸坯凝固温度场和坯壳生长的模拟结果计算出末端电磁搅拌的位置；2、对计算出的末端电磁搅拌的位置进行修正，获得末端电磁搅拌的最佳位置；3、获得末端电磁搅拌的最佳位置数据库；4、大数据分析并兼顾伺服缸活塞杆行程确定末端电磁搅拌的初始位置；5、将末端电磁搅拌的最佳位置与当时末端电磁搅拌的位置进行比较，若位置差不为零，则实时调整末端电磁搅拌位于最佳搅拌位置处。本方法采用双闭环控制策略和PID迭代算法，对伺服缸的输入信号进行控制，从而控制伺服缸活塞杆的伸出长度，具有响应速度快，控制精准的特点。

Real time precise servo control method of electromagnetic stirring position at the end of multi strand caster

【技术实现步骤摘要】
多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法
本专利申请属于钢铁冶金连铸生产控制
，更具体地说，是涉及一种多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法。
技术介绍
目前，炼钢厂连铸电磁搅拌已成为一种控制凝固组织、改善铸坯质量的重要手段。世界各国钢铸机都普遍采用了电磁搅拌技术。在中国，许多钢铁厂都已经采用了结晶器电磁搅拌。然而，对于高碳钢，铸坯在二次冷却中会出现缩孔、V型偏析、中心偏析质量缺陷，偏析缺陷随着方坯断面的增大而增加。为了解决高碳钢的中心偏析缺陷，国内外开展了多种技术研究，其中是重要的是凝固末端电磁搅拌。为了获得好的搅拌效果，末端搅拌器的安置位置很重要。过早搅拌等同于二冷区电磁搅拌不能起到应有的效果，而过迟搅拌钢水已经凝固，搅拌已失去意义。因此，错误的安装位置不但对需要解决的问题没有效果，甚至还有可能起反作用。综合连铸机的实际情况，一般认为凝固末端电磁搅拌以安装在铸坯未凝固率20%一28%左右的区域比较合适。考虑到连铸工艺的差异性，一般在上下各1米处再预留2个安装点，从而使得凝固末端电磁搅拌器安装位置相对固定，不能随连铸工艺参数钢种、拉速、浇铸温度、结晶器冷却、二冷配水等的改变而变化，仅通过调整电磁搅拌参数电压、电流、频率等来满足不同连铸工艺参数变化。不能充分发挥连铸凝固末端电磁搅拌功效。为此中国专利“可移动的铸坯凝固末端电磁搅拌装置”专利ZL200910063339.5电机带动滚轮转动通过钢缆拉动定位小车来移动末端电磁搅拌。中国专利“一种钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制方法及装置”专利号ZL201510060782.2通过调节液压泵进出流量来驱动液压缸来控制载有末端电磁搅拌滑动小车，中国专利“一种用于连铸凝固末端的电磁搅拌器及其动态控制方法”专利号ZL201510161833.0变频电动机通过锥形齿轮驱动锥形齿槽运动，进而驱动直流电磁体绕内筒壁面旋转，也就是绕铸坯旋转，末端电磁搅拌位置纵向位置并没有变。中国专利“一种末端电磁搅拌器多流同步在线自动调整位置装置专利号ZL201510202646.2使用电机、减速机、螺杆、长联轴器、分速箱、铸流间联轴器驱动移动小车来同时控制多流电磁搅拌位置。这几种末端电磁搅拌位置动态控制方法有如下缺点：1、靠电机、减速机及液压泵直接动态调速末端电磁搅拌位置，电机、减速机及液压泵这些设备的运动精度较低，对末端电磁搅拌位置的调整偏差较大。2、电机、减速机及液压泵直接动态调速末端电磁搅拌位置是开环调整，对执行元件发指令后，具体调整了多少，到位没有，既没有测量装置，又没有反馈，不是闭环控制。3、电机、减速机及液压泵直接动态调速末端电磁搅拌位置动态响应速度慢，尤其在电机、减速机、螺杆、长联轴器、分速箱、钢绳做驱动连接件时响应速度更慢。为此，这些凝固末端电磁搅拌位置的动态控制方法，不能完全适应连铸生产要求，凝固末端电磁搅拌功效不明显，铸坯内部质量不稳定，难以满足高品质连铸坯生产要求。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，该装置的每一流采用精准位置液压伺服控制，实时性强，响应速度快。该装置可在电气控制下，采用闭环控制，自动实现多流连铸机第一流末端电磁搅拌器的最佳位置同步调整，解决了凝固末端电磁搅拌功效不明显，铸坯内部质量不稳定，难以满足高品质连铸坯生产要求的问题。为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，包括如下步骤：步骤a、建立凝固传热的数学模型，通过该数学模型对铸坯凝固温度场和坯壳生长的模拟结果，来计算出末端电磁搅拌的位置；步骤b、通过射钉试验和铸坯低倍试验对步骤a计算出的末端电磁搅拌的位置进行修正，从而获得末端电磁搅拌的最佳位置；步骤c、获得在不同连铸工艺参数下的末端电磁搅拌的最佳位置数据库；步骤d、通过对不同连铸工艺参数下的末端电磁搅拌最佳位置进行大数据分析，得出末端电磁搅拌最佳位置数据库，同时兼顾伺服缸活塞杆行程，确定末端电磁搅拌的初始位置；步骤e、生产过程中，工控机根据连铸工艺参数实时调取末端电磁搅拌最佳位置数据库中的数据，并将末端电磁搅拌的最佳位置与当时末端电磁搅拌的位置进行比较，如果二者的位置差值为零则不予调整，如果位置差值不为零，则实时调整末端电磁搅拌的位置直至其位于最佳搅拌位置处。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤c中的连铸工艺参数包括铸机流别、浇铸钢种、浇铸温度、拉速、铸坯断面尺寸、结晶器液面高度、结晶器冷却水量、进出口水温差、二冷各区的实际喷水量、水温度中的一种、两种或多种。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤e中的比较过程包括如下步骤：步骤e1.工控机首先根据连铸工艺参数及伺服缸的参数生成期望轨迹曲线，得到期望轨迹位移M；步骤e2.工控机通过位移传感器实时检测伺服缸活塞杆的伸出位移L（工控机对活塞杆24伸出位移的检测是每隔固定的周期进行的）；步骤e3.如果在某一时刻伺服缸活塞杆伸出位移L与期望轨迹位移的差值不为零，则进入步骤e4；如果差值为零，则工控机向伺服缸发出保持活塞杆不变的指令，接着转到步骤e5；步骤e4.采用双闭环控制策略和PID迭代算法，对伺服缸的输入信号进行控制，从而控制伺服缸活塞杆的伸出长度；步骤e5.工控机继续侦测是否收到停浇信号，若没有收到停浇信号，则转到步骤e2，若收到停浇信号则进入步骤e6；步骤e6.浇注结束，末端电磁搅拌回到初始位置。本专利技术技术方案的进一步改进在于：步骤e4的具体控制过程为：伺服缸活塞杆伸出位移L与期望轨迹位移M的差值一方面经过模拟处理：差值通过反馈控制器来及时修正伺服阀的输入量，从而使伺服缸的输出量接近期望值，同时差值由对应的比例调节器进行比例调节后叠加到工控机输出的对应比例伺服阀的控制信号中，从而形成模拟闭环回路；另一方面差值经过数字处理，也就是差值经A/D转换后传到工控机内，由工控机内的PD处理单元进行PD算法处理，经PD处理单元输出的数据叠加到下一个输出控制量中从而对伺服缸的误差进行调节，从而形成数字闭环回路；在数字闭环回路中，差值也同时传到工控机内的PID迭代学习单元中进行PID迭代学习算法处理，PID迭代学习处理后的数据与设置在工控机内的第一控制量储存器中的期望轨迹数据叠加在一起作为伺服缸下一次的控制量，从而将伺服缸活塞杆的位置调节到理想位置，最终使得伺服缸活塞杆伸出位移L与期望轨迹位移M的误差调整为零。本专利技术技术方案的进一步改进在于：通过多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制装置来实现上述方法，多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制装置包括模拟量处理装置、数字量处理装置、A/D转化模块、D/A转化模块、与模拟量处理装置连接并与伺服缸的活塞对应配合的伺服液压系统、与末端电磁搅拌对应配合的末端电磁搅拌调节机构；模拟量处理装置包括用于存储期望轨迹的期望轨迹存储器、位移传感器、反馈控制器和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤a、建立凝固传热的数学模型，通过该数学模型对铸坯凝固温度场和坯壳生长的模拟结果，来计算出末端电磁搅拌（4）的位置；/n步骤b、通过射钉试验和铸坯低倍试验对步骤a计算出的末端电磁搅拌（4）的位置进行修正，从而获得末端电磁搅拌（4）的最佳位置；/n步骤c、获得在不同连铸工艺参数下的末端电磁搅拌（4）的最佳位置数据库；/n步骤d、通过对不同连铸工艺参数下的末端电磁搅拌（4）最佳位置进行大数据分析，得出末端电磁搅拌（4）最佳位置数据库，同时兼顾伺服缸（8）活塞杆（24）行程，确定末端电磁搅拌（4）的初始位置；/n步骤e、生产过程中，工控机根据连铸工艺参数实时调取末端电磁搅拌（4）最佳位置数据库中的数据，并将末端电磁搅拌（4）的最佳位置与当时末端电磁搅拌（4）的位置进行比较，如果二者的位置差值为零则不予调整，如果位置差值不为零，则实时调整末端电磁搅拌（4）的位置直至其位于最佳搅拌位置处。/n

【技术特征摘要】
1.一种多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤a、建立凝固传热的数学模型，通过该数学模型对铸坯凝固温度场和坯壳生长的模拟结果，来计算出末端电磁搅拌（4）的位置；
步骤b、通过射钉试验和铸坯低倍试验对步骤a计算出的末端电磁搅拌（4）的位置进行修正，从而获得末端电磁搅拌（4）的最佳位置；
步骤c、获得在不同连铸工艺参数下的末端电磁搅拌（4）的最佳位置数据库；
步骤d、通过对不同连铸工艺参数下的末端电磁搅拌（4）最佳位置进行大数据分析，得出末端电磁搅拌（4）最佳位置数据库，同时兼顾伺服缸（8）活塞杆（24）行程，确定末端电磁搅拌（4）的初始位置；
步骤e、生产过程中，工控机根据连铸工艺参数实时调取末端电磁搅拌（4）最佳位置数据库中的数据，并将末端电磁搅拌（4）的最佳位置与当时末端电磁搅拌（4）的位置进行比较，如果二者的位置差值为零则不予调整，如果位置差值不为零，则实时调整末端电磁搅拌（4）的位置直至其位于最佳搅拌位置处。


2.根据权利要求1所述的多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，其特征在于：步骤c中的连铸工艺参数包括铸机流别、浇铸钢种、浇铸温度、拉速、铸坯断面尺寸、结晶器液面高度、结晶器冷却水量、进出口水温差、二冷各区的实际喷水量、水温度中的一种、两种或多种。


3.根据权利要求2所述的多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，其特征在于：步骤e中的比较过程包括如下步骤：
步骤e1.工控机首先根据连铸工艺参数及伺服缸（8）的参数生成期望轨迹曲线，得到期望轨迹位移M；
步骤e2.工控机通过位移传感器（25）实时检测伺服缸（8）活塞杆（24）的伸出位移L；
步骤e3.如果在某一时刻伺服缸（8）活塞杆（24）伸出位移L与期望轨迹位移的差值不为零，则进入步骤e4；如果差值为零，则工控机向伺服缸（8）发出保持活塞杆（24）不变的指令，接着转到步骤e5；
步骤e4.采用双闭环控制策略和PID迭代算法，对伺服缸（8）的输入信号进行控制，从而控制伺服缸（8）活塞杆（24）的伸出长度；
步骤e5.工控机继续侦测是否收到停浇信号，若没有收到停浇信号，则转到步骤e2，若收到停浇信号则进入步骤e6；
步骤e6.浇注结束，末端电磁搅拌回到初始位置。


4.根据权利要求3所述的多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，其特征在于：步骤e4的具体控制过程为：
伺服缸（8）活塞杆（24）伸出位移L与期望轨迹位移M的差值一方面经过模拟处理：差值通过反馈控制器来及时修正伺服阀（20）的输入量，从而使伺服缸（8）的输出量接近期望值，同时差值由对应的比例调节器进行比例调节后叠加到工控机输出的对应比例伺服阀（20）的控制信号中，从而形成模拟闭环回路；
另一方面差值经过数字处理，也就是差值经A/D转换后传到工控机内，由工控机内的PD处理单元进行PD算法处理，经PD处理单元输出的数据叠加到下一个输出控制量中从而对伺服缸（8）的误差进行调节，从而形成数字闭环回路；在数字闭环回路中，差值也同时传到工控机内的PID迭代学习单元中进行PID迭代学习算法处理，PID迭代学习处理后的数据与设置在工控机内的期望轨迹数据叠加在一起作为伺服缸（8）下一次的控制量，从而将伺服缸（8）活塞杆（24）的位置调节到理想位置，最终使得伺服缸（8）活塞杆（24）伸出位移L与期望轨迹位移M的误差调整为零。


5.根据权利要求4所述的多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制方法，其特征在于：通过多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制装置来实现上述方法，多流连铸机末端电磁搅拌位置的实时精准伺服控制装置包括模拟量处理装置、数字量处理装置、A/D转化模块、D/A转化模块、与模拟量处理装置连接并与伺服缸（8）的活塞（23）对应配合...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨高瞻，王宏斌，王金龙，边志刚，胡泽东，杨凡，王超，赵贝贝，刘海，张立君，
申请(专利权)人：宣化钢铁集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：河北;13