一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法技术

本发明专利技术提供了一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，涉及热轧机辊系交叉角度辨识技术领域，包括如下步骤：根据所述工作辊和支撑辊轴向力、轧制力与辊系间交叉角度的关联关系式，建立轴向动力学模型；搭建考虑辊系交叉角的动力学参数辨识模型的辨识系统，根据待估计参数矩阵中得到该轧机工作辊与支撑辊的交叉角度、工作辊与板带运动方向的垂向的交叉角度和上下工作辊之间的交叉角度。本发明专利技术充分挖掘热轧机组实际生产的相关数据来辨识轧机辊系间的交叉角度，并且在此基础上还可以进一步分析板带在不同轧制宽度、厚度、材料和不同轧制速度等情况下，对辊系间交叉角度的影响程度，动态跟踪热轧机组辊系间交叉角度的变化情况。度的变化情况。度的变化情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法


[0001]本专利技术涉及热轧机辊系交叉角度辨识
，具体而言，尤其涉及一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法。

技术介绍

[0002]对于轧机，尤其是热轧机而言，一方面，辊系间的交叉对于轧机操作侧和传动侧的刚度及刚度差有着重要的影响，特别是在尾部机架轧制板带或者在轧制较薄的板带材时，对辊缝的控制要求更加严格，但由于辊系间交叉会使轧制过程中轧机工作辊和支撑辊在操作侧和传动侧的位置发生变化，最终会通过影响两侧的刚度间接的影响板带的质量，故需要对辊系间交叉程度进行一个衡量和评价；另一方面，辊系间的交叉也是板带产生跑偏和浪形的主要原因之一，为此，产线每隔一段时间都需要对轧机进行停机处理，对轧辊之间的交叉角度进行测量，并根据交叉角度的测量结果对轧机辊系的空间姿态进行调整，以保障最终板带材的良好质量。
[0003]目前，企业可使用的测量轧机辊系间交叉程度的方法有两种，一种是使用激光跟踪仪来测量轧机操作侧左右衬板和传动侧左右衬板的位置，通过进一步计算其相对位置关系来对辊系间的交叉程度进行表征；另一种是通过在轧机操作侧左右衬板上安装压电感应片，在轧机传动侧左右衬板上安装压电感应片，通过测量轧机在轧制过程时操作侧左右衬板和传动侧左右衬板的压力值，进一步计算操作侧左右衬板和传动侧左右衬板的变形量，通过变形量的相对位置关系来对辊系间的交叉程度进行表征。
[0004]然而，现有的测量轧机辊系间交叉程度的方法存在一定的缺点，使用激光跟踪仪的方法，必须产线停机后才可进行测量，且测量结果是轧机的静态数值，存在影响正常生产且测量结果不准确的技术问题；安装压电感应片的方法，一方面忽略了辊系间初始相对位置的影响，一方面未能考虑到轧机长时间轧制时对衬板的磨损较为严重的情况，会造成压电感应片的寿命难以得到保障。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，该方法可以反应出不同轧制状态下，轧机动态轧制过程中辊系间的交叉角度，可以提高轧机辊系间交叉角度获取的准确性，同时辨识过程中既无需停机处理，也无需开展专门的测试实验，降低了人员的工作时间，此外，该方法无需对轧制前轧机辊系间的初始相对位置进行标定即可获得轧机动态行为下辊系间的交叉角度，避免了操作侧左右衬板和传动侧左右衬板安装的压电感应片的低寿命问题，同时可以更多的得到工作辊和支撑辊的交叉角度。以解决现有方法无法测量产线动态数值的技术问题。
[0006]本专利技术采用的技术手段如下：
[0007]一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，包括如下步骤：
[0008]在轧机工作辊和支撑辊的轴向安装测振传感器，通过所述测振传感器采集热轧产
线实际生产过程中轧机辊系轴向的振动数据；
[0009]收集轧机系统在实际生产过程中采集到的轧机操作侧和传动侧的处理前轧制力数据；
[0010]筛选出轧机在轧制同一块板带时，轧机辊系的轴向振动数据和轧机两侧的轧制力数据，并进行处理，得到处理后振动数据和处理后轧制力数据；
[0011]根据轧机工作辊与支撑辊的交叉角度、工作辊与板带前进方向的垂向的交叉角度，工作辊、支撑辊的轴向力及轧制力之间的关系，建立工作辊和支撑辊轴向力、轧制力与辊系间交叉角度的关联关系式；
[0012]根据所述工作辊和支撑辊轴向力、轧制力与辊系间交叉角度的关联关系式，建立轴向动力学模型；
[0013]将所述轴向动力学模型依据状态空间模型转化原则转化为相应的状态方程和控制方程；
[0014]对所述状态方程和控制方程进行求解，利用求解得到的参数矩阵进一步计算动力学响应预测模型，根据所述动力学响应预测模型与处理后的振动数据进一步得到轧机在该轧制状态下状态空间模型的损失函数；
[0015]搭建考虑辊系交叉角的轴向动力学参数辨识模型的辨识系统，通过所述辨识系统对损失函数进行寻优，得到轧机状态空间模型最小损失函数下待估计参数矩阵；
[0016]根据待估计参数矩阵得到该轧机工作辊与支撑辊的交叉角度、工作辊与板带运动方向的垂向的交叉角度和上下工作辊之间的交叉角度。
[0017]进一步地，对轧机辊系的轴向振动数据和轧机两侧的轧制力数据和振动数据进行处理，包括如下步骤：
[0018]对实测轧制力数据和振动数据进行傅里叶变换和去直流分量处理，得到新的信号矩阵；
[0019]设定自适应滤波器，将所述自适应滤波器与所述新的信号矩阵进行点积处理，得到滤波后的频域信号和时域信号；
[0020]对滤波后的频域信号进行傅里叶逆变化，得到滤波后的轧制力处理数据和处理后振动处理数据；
[0021]对滤波后轧制力处理数据进行去趋势化处理，得到处理后轧制力数据。
[0022]进一步地，所述处理后轧制力的处理公式为：
[0023]P1＝P
′‑
(α+βn
′
T)，n
′
＝1，2，
…
，N
………
(1)
[0024]其中：P1为处理后轧制力，P
′
为处理前轧制力，T为采样周期，d和β为处理前轧制力的拟合系数。
[0025]进一步地，所述轧机的轧制力数据等于轧机两侧轧制力之和，所述轧机的轧制力公式为：
[0026]P＝P
D
+P
O
………
(2)
[0027]其中：P为轧机的轧制力波动，P
D
为轧机传动侧的轧制力波动，P
O
为轧机操作侧的轧制力波动。
[0028]进一步地，所述测振传感器为加速度传感器、速度传感器或位移传感器中的一种。
[0029]进一步地，所述轧制力的采集频率与振动数据的采集频率设定相同。
[0030]进一步地，由工作辊与支撑辊交叉引起的工作辊的轴向力和轧制力之间的关系式为：
[0031]F
b
＝0.06
×
(v
ω
)
0.43
×
P
×
tanθ1×
f1+D
………
(3)
[0032]其中：F
b
为由于工作辊与支撑辊交叉工作辊的轴向力，v
ω
为接触区工作辊辊面线速度；P为轧机的轧制力，θ1为工作辊与支撑辊的交叉角度，f1为支撑辊与工作辊间摩擦对轴向力的影响系数，D为交叉角零点时的轴向力跳动值，约为8～10KN；
[0033]所述支撑辊产生的轴向力和轧制力之间的关系式为：
[0034]F
c
＝0.06
×
(v
ω
)
0.43
×
P
×
sinθ1×
f1+D
………
(4)
[0035]其中：F
c<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：在轧机工作辊和支撑辊的轴向安装测振传感器，通过所述测振传感器采集热轧产线实际生产过程中轧机辊系轴向的振动数据；收集轧机系统在实际生产过程中采集到的轧机操作侧和传动侧的处理前轧制力数据；筛选出轧机在轧制同一块板带时，轧机辊系的轴向振动数据和轧机两侧的轧制力数据，并进行处理，得到处理后振动数据和处理后轧制力数据；根据轧机工作辊与支撑辊的交叉角度、工作辊与板带前进方向的垂向的交叉角度，工作辊、支撑辊的轴向力及轧制力之间的关系，建立工作辊和支撑辊轴向力、轧制力与辊系间交叉角度的关联关系式；根据所述工作辊和支撑辊轴向力、轧制力与辊系间交叉角度的关联关系式，建立轴向动力学模型；将所述轴向动力学模型依据状态空间模型转化原则转化为相应的状态方程和控制方程；对所述状态方程和控制方程进行求解，利用求解得到的参数矩阵进一步计算动力学响应预测模型，根据所述动力学响应预测模型与处理后的振动数据进一步得到轧机在该轧制状态下状态空间模型的损失函数；搭建考虑辊系交叉角的轴向动力学参数辨识模型的辨识系统，通过所述辨识系统对损失函数进行寻优，得到轧机状态空间模型最小损失函数下待估计参数矩阵；根据待估计参数矩阵得到该轧机工作辊与支撑辊的交叉角度、工作辊与板带运动方向的垂向的交叉角度和上下工作辊之间的交叉角度。2.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，其特征在于，对轧机辊系的轴向振动数据和轧机两侧的轧制力数据和振动数据进行处理，包括如下步骤：对实测轧制力数据和振动数据进行傅里叶变换和去直流分量处理，得到新的信号矩阵；设定自适应滤波器，将所述自适应滤波器与所述新的信号矩阵进行点积处理，得到滤波后的频域信号和时域信号；对滤波后的频域信号进行傅里叶逆变化，得到滤波后的轧制力处理数据和处理后振动处理数据；对滤波后轧制力处理数据进行去趋势化处理，得到处理后轧制力数据。3.根据权利要求2所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，其特征在于，所述处理后轧制力的处理公式为：P1＝P'
‑
(α+βn'T)，n'＝1，2，
…
，N
·········
(1)其中：P1为处理后轧制力，P'为处理前轧制力，T为采样周期，α和β为处理前轧制力的拟合系数。4.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，其特征在于：所述轧机的轧制力数据等于轧机两侧轧制力之和，所述轧机的轧制力公式为：P＝P
D
+P
O
·········
(2)
其中：P为轧机的轧制力波动，P
D
为轧机传动侧的轧制力波动，P
O
为轧机操作侧的轧制力波动。5.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，其特征在于：所述测振传感器为加速度传感器、速度传感器或位移传感器中的一种。6.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法，其特征在于：所述轧制力的采集频率与振动数据的采集频率设定相同。7.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭艳，张政，王瑾，梁师诚，赵向阳，张学微，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：