基于单辊分解法偏心特征提取的轧机支撑辊偏心补偿方法技术

本方法属于提高轧机性能的补偿方法，目的是减轻轧机偏心对轧件质量造成的影响。原理是依据来源的不同，将轧机偏心特性按照上、下支撑辊的辊等效偏心空间进行分解。根据上、下支撑辊相对独立的转动状态差异，采用由支撑辊实时转动确定的精确时间窗口方法，截取相应偏心等效辊所特有的偏心特征向量的观测向量；采用统计分析的方法，估计出该支撑辊偏心等效辊的偏心特征向量的估计向量；依据实时测试获得的上、下支撑辊转动状态参数，即各支撑辊当前的转动相位和两辊转动的相对相位差，利用两辊各自偏心特征向量数据的时间序列，采用线性预测的方法计算各自的预测值；合成用于对轧机偏心特性进行实时补偿的数据，从而实现轧机偏心补偿的实用方法。

【技术实现步骤摘要】

“”属于提高轧机轧制 性能的辅助性控制补偿方法。研究并提出该方法的目的，是为减轻由于轧机自身的偏心特 性对轧件质量造成的不良影响。研究“”的基本结构框 架如下所述，为了得到实施对轧机进行偏心补偿所需要的轧机机架基本偏心特性的数据信 息，本方法依据偏心扰动来源的不同，用上、下支撑辊的偏心等效辊模式对轧机的偏心特性 曲线进行分解，即将轧机的偏心特性按照上、下支撑辊的辊等效偏心空间进行分解。等效辊 偏心特征信息分解、提取、合成以及补偿实施的主要步骤包括(一 )根据上、下支撑辊相对独立的转动状态差异，采用由支撑辊实时转动确定的 精确时间窗口方法，截取相应支撑辊的偏心等效辊所特有的偏心特征曲线之描述向量的观 测向量；( 二)采用统计分析的方法，估计出该支撑辊的偏心等效辊的偏心特征曲线描述 向量的估计向量；(三)依据实时测试获得的上、下支撑辊转动状态参数，即各支撑辊当前的转动相 位和两辊转动的相对相位差，利用两辊各自偏心特征向量数据的时间序列，采用基于模型 的预测方法，计算上、下辊各自偏心特性补偿成分中各自的预测值；(四)依据两个支撑辊的实时转动相位信息，合成用于对轧机偏心特性进行实时 直接补偿的数据，从而实现轧机偏心补偿的实用方法。
技术介绍
现代轧钢生产中提高板厚精度的技术主要是厚度自动控制(简称AGC)，AGC的控 制精度是决定成品质量的主要因素。轧机控制系统一般由两级计算机控制系统组成，其中 一级为基础自动化，包括轧机AGC基础自动化系统；二级为过程控制系统，包括轧机AGC过 程控制系统。AGC模型的基本原理是借助于测量轧制力和辊缝，通过模型计算来调整棍缝，保持出 口厚度不变。但当存在偏心时，轧制力的波动与厚度的波动是反方向的，AGC无法控制轧棍偏心 造成的厚度波动，也就无法消除轧棍偏心的影响，相反会造成错误的调节，使厚度精度更差。轧辊偏心(主要指支撑辊)是由轧辊本身的椭圆度或辊身和辊径的不同轴误差所 产生的。就板带材而言，轧辊偏心不仅对带材厚度均勻产生直接的不良影响，而且会使常规 调节器的调节质量恶化，对带材厚度均勻性产生间接的不良影响。随着对带材质量要求的 不断提高，由轧辊偏心所带来的不良影响越来越不容忽视，因此，轧辊偏心补偿的开发与应 用已势在必行。
技术实现思路
“”研究方案的基本出3发点如下，通过对轧机轧制运转的工作原理进行详尽分析，以及对大量轧机偏心特性研究 文献资料进行总结的基础上，我们得出，在支撑辊无打滑的情况下，有下列命题成立(1)在轧制过程中，任一支撑辊因制造形成的形状不均勻导致的偏心影响信号频 率，等同于该支撑辊机械旋转的频率；(2)在轧制过程中，任一支撑辊因安装转轴与支撑辊轴心不重合导致的偏心影响 信号的频率，等同于该支撑辊机械旋转的频率；(3)在轧制过程中，任一支撑辊因轧制中的热膨胀造成的形状不均勻变化导致的 偏心影响信号的频率，等同于该支撑辊机械旋转的频率；(4)在轧制过程中，任一支撑辊因轧制运动机械磨损造成的形状不均勻变化导致 的偏心影响信号的频率，等同于该支撑辊机械旋转的频率；这里的频率是指该信号重复出现的循环周期参数的倒数。当轧机轧制工作处于稳定状态时，对于任一支撑辊的各种偏心影响因素的稳定状 态分析如下①支撑辊的几何形状的异常变化是一个极其缓慢的过程，在一定的使用寿命期限 内，相应的支撑辊制造形状不均勻导致的偏心量相对保持不变；②支撑辊的安装转轴的认为基本不变，在一定的使用期限内，相应的支撑辊因安 装转轴与支撑辊轴心不重合导致的偏心量相对保持不变；③支撑辊的温度相对保持不变，相应的支撑辊热膨胀形变导致的偏心量相对保持 不变；④支撑辊的磨损是一个缓慢的过程，在一定的使用周期内，相应的支撑辊磨损导 致的偏心量相对保持不变；在分析上述各种与支撑辊转动状态密切相关的偏心因素时，暂时不考虑支撑辊的 轴向形状变化导致的偏心影响效果，支撑辊上同时发生轧制作用效果的任一条柱面线对轧 件的偏心扰动量，在一定时间段内能够保持一致性；在支撑辊转动轧制过程中，相应于该状 态轧制力中的偏心扰动成分也始终保持对应的一致性。对支撑辊辊表面柱面上，与由支撑辊转动轴线出发的半平面相交的曲线方程为 式中y为支撑辊柱面上点到辊旋转轴线的距离；ζ为支撑辊柱面上点距离支撑辊工作区域端面的轴向偏移距离；f 为支撑辊柱面上点所在由辊转动轴心出发的半平面在支撑辊转动时偏离相位参 考点的角度， 表示常数。如果不考虑支撑辊的轴向形状变化导致的偏心影响效果，即认为 成立，则当支撑辊转动一周时其偏心特征曲线仅仅是转动相位的函数 式中y为支撑辊的偏心特征曲线；-为支撑辊柱面上点所在由辊转动轴心出发的半平面在支撑辊转动时偏离相位参 考点的角度， 表示初始相位。在以上的命题和偏心影响因素稳定状态分析的基础上，这里给出对于辊等效偏心 特征曲线、轧机机架偏心特性的单辊分解法、基于相位线性化坐标的辊等效偏心特征曲线、 轧机偏心特性曲线的相位定位合成、轧机偏心特性的直接数字补偿、目标信息序列循环精 确时间窗口、用于随机时间序列信号处理中信息提取的目标序列精确时间窗口法等几个基 本概念的解释。(注意“偏心特性”用于描述机架综合偏心；“偏心特征”用于描述单辊分 解后的辊等效偏心)辊等效偏心特征曲线的概念“辊等效偏心特征曲线”是为了在等厚度控制AGC轧机的控制系统中对轧机的偏 心状态进行直接数字补偿而引入的，在线处于轧制过程中的轧机对轧件进行轧制过程中出 现的偏心因素主要包含两个主要来源一个是由支撑辊自身物理形状缺陷(可包括支承制 造形状不均勻、辊热膨胀变形和支撑辊磨损引起的形状缺陷)所引起的实际辊偏心成份； 另一个是由于支撑辊辊轴与安装固定支架旋转轴的轴心不完全重合造成的偏心成份。对于 轧机机架上的一只轧辊而言，两种偏心因素对轧件的轧制相关效果具有相同的扰动参数， 包括相同的扰动频率、同步的滑移现象。以此为出发点，在进行轧机机架偏心数字补偿控制 中，可以将两种不同来源的偏心扰动合并处理，即使将由安装不同轴的轧制偏心因素合并 到转动状态轧辊的辊等效偏心特征中，从而引出辊等效偏心特征曲线的概念。辊等效偏心特征曲线的数学描述如下，考虑在一轧机机架中，以包含了安装不同 轴轧制偏心因素的“等效偏心辊”为研究对象，以等效辊面上与过转动轴心的垂直方向靠近 辊缝半平面相交的直线为观察位置和纵坐标原点，以等效辊面上任意一条与转动轴心平行 的柱面线为观察点和横坐标坐标原点，等效辊旋转方向的逆方向为正方向，等效辊转动一 周所经过的相位为横坐标 等效辊滚面与经过转动轴心的接近轧缝一侧的垂直半平面相 交点相对于的纵坐标原点的距离为纵坐标δ d，这样我们就能够得到辊等效偏心特征曲线 (简称偏心特征曲线)的表达式(辊等效偏心特征曲线定义式) 式中T为支撑辊转动实际周期；鶴表示初始相位。辊等效偏心特征曲线的含义，由偏心特征曲线的定义我们可以知道，偏心特征曲 线中包含了在支撑辊转动相位线性变化一周的过程中，轧机机架上该支撑辊相关机构对轧 制过程的偏心扰动的全部影响。辊等效偏心特征曲线与支撑辊转动的关系，显然该偏心特征曲线的轧制扰动影响 效果伴随该支撑辊的机械转动的周期同步出现，具有相同的周期性，这样，源于偏心特征曲 线的由轧机轧制压下扰动造成的与轧件变形量具有如下本文档来自技高网...

【技术保护点】
为实时准确地提取描述轧机偏心特性的数据信息，采用对’一贯做为一个时域中不可分割整体分析对象的轧机偏心扰动效果’进行分解分析的方法，这就是创新性提出的“单辊分解法”，其详细情况说明如下：“单辊分解法”是在本专利技术中首次提出的独创性方法，是能够实现在线提取轧机偏心特性的实用新方法，其具有下列的显著创新性：①实施＂单辊分解法＂需要的实施装置（详情参考实用新型专利－－在线轧机支承辊转动状态联合参数非接触测试分析装置－－申请号［２００９２０３０１９６８２］）简单、易于工程实现，具有极高的实施性能价格比和极佳方便性；②采用“单辊分解法”提取轧机的偏心特征信息，不需要对实际偏心信号进行任何形式的假定，具有广泛的适用性；③采用“单辊分解法”能够实时跟踪轧机的实际偏心状态变化情况，根据实际情况进行精确的补偿，极大增强了控制的鲁棒性；

【技术特征摘要】
为实时准确地提取描述轧机偏心特性的数据信息，采用对‘一贯做为一个时域中不可分割整体分析对象的轧机偏心扰动效果’进行分解分析的方法，这就是创新性提出的“单辊分解法”，其详细情况说明如下“单辊分解法”是在本发明中首次提出的独创性方法，是能够实现在线提取轧机偏心特性的实用新方法，其具有下列的显著创新性①实施“单辊分解法”需要的实施装置(详情参考实用新型专利--在线轧机支承辊转动状态联合参数非接触测试分析装置--申请号[2009203019682])简单、易于工程实现，具有极高的实施性能价格比和极佳方便性；②采用“单辊分解法”提取轧机的偏心特征信息，不需要对实际偏心信号进行任何形式的假定，具有广泛的适用性；③采用“单辊分解法”能够实时跟踪轧机的实际偏心状态变化情况，根据实际情况进行精确的补偿，极大增强了控制的鲁棒性；2.基于单辊分解法创新提出了“辊等效偏心”和“偏心等效辊”的概念；建立了轧机偏 心等效辊相关的偏心扰动分量与对应支撑辊旋转运动的直接联系的数学表示方法，包括连 续状态下的“辊等效偏心特征曲线”表示方法和离散状态下的“辊等效偏心特征向量”表示 方法。两种表示方法的自变量选取分别为支撑辊转动的连续相位参数和离散步进相位参 数，其等效于支撑辊的表面柱面与垂直于辊转轴的平面相交线圆周的弧度。3.对于偏心信号的提取分析处理过程，创新性地借助“偏心信号激励源”支撑辊的机械 转动状态参数信息，对由原始数据信息采样取得的时变时间序列信号进行‘加矩形时间窗 口截断’处理，关键在于始终保持该‘矩形时间窗口’与“偏心信号激励源”...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛满科，杨卫东，张丽娟，
申请(专利权)人：牛满科，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]