专利名称：基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿设备。
背景技术：
由于轧辊和轧辊轴承形状的不规则造成轧辊的旋转轴心和几何轴心不是正好吻 合的情况称为轧辊偏心，这些不规则的形状可能产生于轧辊的制造、修磨、装配、磨损、热膨 胀等过程，由于支撑辊的辊径相对于工作辊和中间辊来说要大的多，因此轧辊偏心主要是 由于支撑辊本身不圆和辊径与其它辊不同轴所产生的。在带钢生产中，轧辊偏心会造成轧机自动厚度控制系统产生反方向的调节，使得 带钢轧出厚度发生周期性的波动，对带钢的厚度精度造成很大的影响。为此数十年来已经 有许多企业、研究机构对轧辊偏心的补偿方法及设备进行了研究，目前的主要方法可分为
三类一是预防轧辊偏心控制法，这种方法是在轧制前尽可能创造一些条件以便能减小 轧辊偏心对轧件厚度的影响，而在轧制中不采用任何校正措施，如早期的采用设置死区的 方法避免压下系统受轧辊偏心的高频干扰，但提高厚度控制精度和抑制轧辊偏心扰动对死 区大小的要求是相矛盾的，二者很难兼顾。二是被动轧辊偏心控制法，这类方法的主要目的是使辊缝控制系统对轧辊偏心引 起的厚度干扰反应不敏感，而不需要辊缝按照轧辊偏心函数关系进行校正。三是主动轧辊偏心控制法，这类方法一般通过轧辊偏心分量检测得出补偿信号， 然后送到辊缝控制调节器中以补偿轧辊偏心。该方法是目前效果最好、精度最高的方法。根 据检测信号的处理方式，这类方法又可以分为分析法和综合法。在分析法中，轧辊偏心分量 是通过数学分析法(一般采用傅里叶变换分析)从检测信号中提取出来的。在综合法中， 轧辊偏心分量是通过复制轧辊偏心分量得到的，信号复制可采用机械法或电量法，例如德 国纽曼公司提出的一种利用随支撑辊同时旋转的凸轮来模拟轧辊偏心的检测装置，还有德 国克虏伯公司提出的采用辊缝传感器来检测轧辊偏心对辊缝的影响。这些方法中，有的需要有凸轮、辊缝仪等特殊检测设备和仪器，其维护安装检修存 在不便。而采用数据分析法，例如使用傅里叶变换法，由于其计算是大量的复数乘法与加 法，对于工业上通常使用的自动控制器来说很难实时完成计算。而且傅里叶变换的使用条 件要求很高，在现场情况下，傅里叶变换方法一般不能精确计算出偏心信号的各周期分量 的幅值、频率和相角。另外还有一些方法是基于支撑辊旋转角度进行计算的，这种方法对支 撑辊当前角度的测量或计算要求十分精确，或者采用在支撑辊上加装脉冲编码器来确定当 前角度，或者通过传动辊上的编码器来计算得到支撑辊的当前角度。由于支撑辊经常更换， 在上面加装脉冲编码器的方法存在安装和维护的不便；而通过传动辊间接计算支撑辊的角 度不可避免的存在误差，随着支撑辊的转动，这个误差会不断累积，导致偏心补偿的相角计 算不准确，从而造成补偿失败。轧辊偏心信号为一个周期性的信号，周期性的信号可以分解为无穷级数，这些级数中只有一些频率的分量是占主体地位的。目前相关研究资料中都假定基频率下或者基频 率加二倍基频率下的分量为主体，但实际上这个假定可能是不符合实际的。为此本申请人在初期采用了快速离散傅立叶变换对采样的偏心信号进行离线分 析，但仅仅用以确定本轧机偏心信号的主体分量形式，不用来确定偏心信号中的主体分量 的参数。而且快速傅立叶变换是在工控机上离线进行，运算时间没有实时性的要求。偏心 信号的主体分量参数使用在线递推算法来进行估计，其幅值和相角参数都在轧制进行中不 断地进行修正，因此并不需要精确知道支撑辊的旋转角度，从而避免了上述方法中存在的 问题。目前使用的一个六辊轧机及主要检测元件如图1所示轧机由中间辊传动，上中 间辊6 (传动辊)和下中间辊9 (传动辊)转速保持基本一致，转速ns由安装在传动电机上 面的上中间辊脉冲编码器15和下中间辊脉冲编码器16测量得到，根据该值计算得到支撑 辊的角速度ω。轧机采用液压缸3来调节上工作辊7和下工作辊8之间辊缝位置值，辊缝 实际值由位移传感器4测量得到，轧机压下控制器1根据辊缝位置设定值调节伺服阀2的 开口度，进而控制液压缸3的位移量。轧机前后安装有前测厚仪12、后测厚仪13，轧材11 的入口厚差和出口厚差由此得到。轧制力实际值由轧制力测量元件14测量得到。轧机主 传动调速系统17可以调节轧机的转速。由于上支撑辊5和下支撑辊10的偏心现象，对出 口厚差和轧制力有一个周期性的影响，可以从出口厚差实际值和轧制力实际值中分离出该 周期性的信号，这就是偏心信号。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于在线递推参数估计的轧辊偏心 补偿装置，以提高轧材厚度控制精度，提高生产效率。本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是设有用于偏心测试中采样并计算 轧辊偏心信号的采样装置、离线进行快速离散傅里叶变换的变换装置、轧制过程中在线采 样并计算轧辊偏心信号的装置、实现在线递推参数估计的装置和辊缝补偿装置，它们以电 信号依次相连。本实用新型与现有技术相比，具有以下的主要有益效果采用变换装置进行快速离散傅立叶变换，对偏心信号进行分析，可以精确获得本 轧机所有偏心信号中的主体分量的形式；仅使用现代轧机上常用的检测设备，不需另外增加专用设备；不需精确检测或计 算支撑辊的旋转角度，就可以有效抑制轧辊偏心对轧材厚度精度的影响；根据试验结果，本实用新型能够精确估计出偏心信号的主体分量，而主体分量的 能量能够占到全部偏心信号的90%以上。根据估计出的偏心信号主体分量，计算出反向辊 缝补偿量并施加到位置控制器上去，就能够消除掉偏心信号90 %以上的不良影响，进而提 高厚度控制精度，提高生产效率。
图1为目前使用的一个六辊轧机及主要检测元件示意图。图2为本实用新型轧辊偏心补偿的结构原理图。[0019]图3是原始偏心信号幅相图。图4是经补偿后的偏心信号幅相图。图中1.轧机压下控制器；2.伺服阀；3.液压缸；4.位移传感器；5.上支撑辊； 6.上中间辊；7.上工作辊；8.下工作辊；9.下中间辊；10.下支撑辊；11.轧材；12.前测厚 仪；13.后测厚仪；14.轧制力检测元件；15.上中间辊脉冲编码器；16.下中间辊脉冲编码 器；17.轧机主传动调速系统；18.采样装置；19.变换装置；20.测定厚差装置；21.延时输 出装置；22.第一个一阶滞后装置；23.换算厚差装置；24.在线参数估计装置；25.幅值和 初相角计算装置；26.相位偏移补偿装置；27.第二个一阶滞后装置；28.辊缝偏心补偿量 计算装置。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。本实用新型提供的基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，其结构如图2所 示，包括以电信号依次相连的采样装置18、变换装置19、轧制过程中在线采样并计算轧辊 偏心信号的装置、实现在线递推参数估计的装置和辊缝补偿装置。所述采样装置18是一种用于偏心测试中采样并计算轧辊偏心信号的装置，该装 置通过在可编程逻辑控制器上编程实现。该装置是定时进行数据采样S” Fi的装置和计算 轧辊测试偏心信号AR1的装置。其中，Si为i时刻的辊缝值，Fi为i时刻的总轧制力值， 1彡i彡n，n为自然数。所述变换装置19为工业控制计算机或者个人计算机，通过在工控机上编程或者 利用个人计算机进行数据处理，均能够实现离线进行快速离散傅里叶变换。所述轧制过程中在线采样并计算轧辊偏心信号的装置，其包括计算出口厚差装置 20、延时传输的装置21、第一个一阶滞后装置22和换算厚差装置23，其中计算出口厚差装 置20通过电信号经延时传输的装置21、第一个一阶滞后装置22后同实际出口厚差值Ahal 或轧制力换算的出口厚差值Aha2比较，然后分别通入在线估计装置24的输入端、幅值和初 相角计算装置25的输出端相比较得到估计误差e。所述计算出口厚差装置20是一种用于由测量的入口厚差计算出口厚差的装置， 该装置利用下述公式计算AA = AFx( Cm )
。G +。M式中Ah为计算的出口厚度差；ΔΗ为测量的入口厚度差；0；为轧机刚度系数；Cm 为轧材塑性系数。所述延时传输的装置21是一种用于将输入值延时一段时间后输出的装置。所述第一个一阶滞后装置22，其利用下述公式计算
TAYn=Yn_1+ —(Xn-X^1)式中Υ为一阶滞后装置输出值；TA为控制器采样周期；T为一阶滞后装置的时间 常数；χ为一阶滞后装置输入值；η为自然数。所述换算厚差装置23是一种将轧制力转换为厚差值的装置；该装置利用下述公式计算Aha2=(F_Fs)/CM式中Aha2为换算的出口厚差值，F为总轧制力实际值；FS为总轧制力设定值；CM 为轧材塑性系数。所述实现在线递推参数估计的装置为工业现场智能控制器，该控制器设有以电信 号相连的在线参数估计装置24、幅值和初相角计算装置25。所述在线参数估计装置24，其用于实现在线递推参数估计算法的装置，本例中使 用递推最小二乘法估计出未知参数[aposbi apinbi a2cosb2 a2sinb2]，也可采用其它在线 递推算法进行参数估计，例如最小均方根算法。所述幅值和初相角计算装置25，其用于计算偏心信号幅值A和相角b的装置，该装 置利用下述公式计算
权利要求一种基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，其特征在于所述轧辊偏心补偿装置设有用于偏心测试中采样并计算轧辊偏心信号的采样装置(18)、离线进行快速离散傅里叶变换的变换装置(19)、轧制过程中在线采样并计算轧辊偏心信号的装置、实现在线递推参数估计的装置和辊缝补偿装置，它们以电信号依次相连。
2.根据权利要求1所述的基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，其特征在于所 述轧制过程中在线采样并计算轧辊偏心信号的装置，其包括计算出口厚差装置(20)，延时 传输的装置(21)，第一个一阶滞后装置(22)，换算厚差装置(23)，其中计算出口厚差装置 (20)通过电信号经延时传输的装置(21)、第一个一阶滞后装置(22)后同实际出口厚差值 Ahal或轧制力换算的出口厚差值Aha2比较，然后分别通入在线估计装置(24)的输入端、 幅值和初相角计算装置(25)的输出端相比较得到估计误差e。
3.根据权利要求1所述的基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，其特征在于所 述实现在线递推参数估计的装置为工业现场智能控制器，该控制器设有以电信号相连的在 线参数估计装置(24)、幅值和初相角计算装置(25)。
4.根据权利要求1所述的基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，其特征在于所 述辊缝补偿装置是用于计算偏心信号的辊缝补偿值，该装置包括相位偏移补偿装置(26)， 第二个一阶滞后装置(27)，辊缝偏心补偿量计算装置(28)，其中所述第二个一阶滞后装 置(27)，其输入端通过电信号与相位偏移补偿装置(26)的输出端相连，其输出端通过电信 号与辊缝偏心补偿量计算装置(28)的输入端相连。
5.根据权利要求1所述的基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，其特征在于所 述变换装置(19)为工业控制计算机或者个人计算机。专利摘要本实用新型是一种基于在线递推参数估计的轧辊偏心补偿装置，该装置设有用于偏心测试中采样并计算轧辊偏心信号的采样装置(18)、离线进行快速离散傅里叶变换的变换装置(19)、轧制过程中在线采样并计算轧辊偏心信号的装置、实现在线递推参数估计的装置和辊缝补偿装置，它们以电信号依次相连。本实用新型仅使用轧机上常用的检测设备，无需增加专用检测设备，无需精确得到支撑辊的旋转角度，就可以有效地补偿轧辊偏心对轧材厚度精度的影响，并提高厚度控制的精度。
文档编号B21B37/66GK201755585SQ201020502720
公开日2011年3月9日 申请日期2010年8月23日 优先权日2010年8月23日
发明者陈跃华 申请人:中冶南方工程技术有限公司