一种基于滑动平均滤波的热轧带钢凸度反馈控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热轧带钢生产技术领域，具体涉及一种基于滑动平均滤波的热轧带钢 凸度反馈控制方法。
【背景技术】
[0002] 板形是衡量板带产品质量最重要的指标之一，衡量板形好坏通常的两个指标是板 凸度和平直度。板凸度又称带钢横向厚差，是指板带材沿宽度方向的厚度差。不同的热轧 带钢产品，对板凸度的要求也不同，热连轧精轧机组对板凸度的控制的要求是在保证精轧 出口带钢平直的条件下，将凸度控制到目标值。
[0003] 在热连轧生产过程中，影响带钢凸度的主要因素有轧辊机械凸度，乳辊热凸度、乳 辊磨损凸度以及带钢横向流动导致的凸度变化。影响轧辊机械凸度的因素主要有轧辊原始 凸度、乳制力导致的轧辊弯曲和弹性压扁以及板形控制机构如CVC横移位置、PC角的设定 量以及弯辊力给定值导致的辊身形状变化带来的凸度变化。其中，乳制力是影响带钢全长 凸度变化的主要因素，辊系变形随着轧制力的变化而变化，从而使带钢凸度发生变化，而影 响轧制力的主要因素就是温度，温度变化直接导致轧制力发生变化，从而影响带钢出口凸 度。轧辊热凸度、乳辊磨损凸度以及带钢横向流动导致的凸度是物理过程，一般设备条件不 变，在同一块钢轧制过程中这几个值保持不变。
[0004] 热轧带钢的凸度控制早期主要控制手段是设定控制，其原理是根据精轧设定计算 程序（FSU)计算出的当前带钢的轧制数据(各机架的轧制力、接触弧长度、各机架出口厚度 等)、PDI数据（目标宽度、厚度、目标凸度、平直度)，以及轧辊管理应用程序提供的轧辊数据 (工作辊和支撑辊的直径、凸度、辊身长度等)、热凸度计算模块计算的各道次带钢热凸度、 轧辊磨损计算模块提供的各道次带钢的磨损凸度数据，从Ll传来的当前PC角和弯辊力值， 用一系列模型计算各机架的辊系变形与各机架出口凸度，从而计算出各机架的板形控制机 构的设定值(优化弯辊力、PC角或CVC横移位置)，保证带钢达到目标板凸度和平直度要求。 但是，热连轧板形控制是一个多变量、时变、强耦合和非线性的复杂过程，乳制过程中各种 板形影响因素，如乳制力、弯辊力、乳辊磨损、热凸度等都会随着时间进程与空间位置而变 化，并且互相影响、耦合。根据轧辊弹性变形和带钢塑性变形理论，各种板形因素和最终辊 缝之间的数学关系相当复杂，因此目前板形控制系统中的数学模型都是建立在大量简化和 假设基础之上的，计算结果往往不能满足用户需求和产品精度。尽管引入了自适应机制，但 是自适应只对后续带钢起作用，一旦设定出现偏差，当前带钢凸度整个轧制过程中就不会 有任何修正，导致带钢凸度整体超差。
[0005] 由于单纯采用设定控制凸度具有上述缺点，近些年来动态控制被引入到热连轧的 凸度控制中，以减小模型设定不准带来的凸度偏差，提高热轧带钢全长凸度通板差精度。目 前动态控制方法主要有两种：一种是轧制力补偿，即先锁定一个轧制力，然后在轧制过程中 根据检测到的实际轧制力和锁定轧制力的偏差，动态调整各机架的弯辊力输出，使各机架 出口的凸度保持固定值。另一种是凸度反馈，是根据安装在精轧末机架后面的多功能仪检 测到的凸度实际值和目标值进行比较，将凸度偏差转化为各机架弯辊力的修正值，对凸度 进行反馈控制，因为后机架带钢宽厚比已经非常大，必须保持等比例凸度轧制，否则容易产 生浪形缺陷，所以一般凸度反馈一般仅对前机架的弯辊力起作用。
[0006] 目前主要存在以下几种热连轧带钢凸度反馈控制技术：
[0007] (1)2010年07月20日申请公开的专利号为201010230419. 8的发明专利《热轧串 联式轧机的凸度和/或楔形自动控制方法及系统》，该发明涉及一种热轧串联式轧机的凸度 和/或楔形自动控制方法及系统（ASCC)，通过在热轧串联式轧机中建立从首台到末台精轧 机架的工作辊弯曲和辊缝调平的反馈控制，实现了全自动化的带材凸度（楔形）控制，即 在轧制过程中，ASCC模型在检测出带钢楔形后，同目标楔形比较得出偏差，利用系统的综 合运算和控制手段进行纠偏，建立阶梯式调整方法，从而使反馈控制的响应最大化，以纠 正带钢楔形和凸度，保证产品良好的平直度，防止带钢在各机架内的蛇形运动，消除现有 凸度控制手段单一的弊端，综合平衡了凸度和平直度的关系。该专利可以对楔形和凸度进 行综合控制，但是对沿带钢长度方向凸度值未进行任何处理，由于多功能仪距离执行机构 (各机架弯辊力）比较远，存在较大的滞后，当凸度波动较大时，会引起超调乃至反向调节， 会加大精轧机组出口凸度的波动。
[0008] (2) 1995年06月09日申请的专利号为W01995GB01354的发明专利《STRIP PROFILE CONTROL》，这个专利是通过测量一个三机架连轧机出口凸度偏差，然后根据这个 偏差修正机架冷却水的水量从而控制带钢的出口凸度对出口凸度进行反馈调节。该方法可 以提高带钢凸度控制精度。但这种方式同样对凸度测量值未进行任何滤波处理，测量值直 接应用于反馈控制，难以对轧制过程中出现的各种较高频率的凸度波动进行控制，由于测 量仪表的滞后和水冷控制凸度的大时滞，某些情况下还容易导致误调节。
[0009] 以上这些方法主要通过反馈控制来提高凸度控制精度，但由于用于反馈控制的测 量仪表位于精轧出口机架后面，存在较大的时滞性，只能用来控制趋势性变化的凸度；而目 前的方法对凸度测量值都未进行处理，不能滤去温度或来料凸度波动导致的凸度周期性变 化，提取出凸度的趋势性变化，所以在实际使用中容易发生误调或超调，影响整个凸度控制 精度。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的是提供一种基于滑动平均滤波的热轧带钢凸度反馈控制方法，该方 法利用滑动滤波的方法滤去由于温度或轧制力波动导致的凸度周期性波动，只对凸度的趋 势性偏差进行反馈控制，避免超调或者反向调节，提高热轧带钢产品的凸度精度，用以解决 传统凸度控制方法容易发生误调或超调，整个凸度控制精度低的问题。
[0011] 为实现上述目的，本发明的方案是：一种基于滑动平均滤波的热轧带钢凸度反馈 控制方法，该方法应用于7机架热连轧精轧机，凸度控制设备包括多功能仪、凸度反馈控制 器和过程机，所述的多功能仪设置在精轧F7机架出口，所述的多功能仪和过程机的信号输 出端与凸度反馈控制器的信号输入端连接，所述的凸度反馈控制器的控制输出端与精轧 Fl~F4机架连接，该方法包括如下步骤：
[0012] (1)根据加热炉水冷梁的梁距和带钢穿带速度，得到精轧F7机架出口滑动平均滤 波的滤波周期；
[0013] (2)过程机设定带钢的凸度目标值，并传送给凸度反馈控制器；
[0014] (3)当带钢穿带完成，且头部到达精轧出口的多功能仪后，多功能仪开始测量带钢 凸度，并将测量到的带钢凸度实测值传送给凸度反馈控制器；
[0015] (4)如果凸度反馈控制器对凸度实测值的采样数小于滑动平均滤波周期，则精轧 Fl~F4机架的弯辊力保持不变；如果凸度实测值的采样数大于或等于滑动平均滤波周期， 则对采样的凸度实测值进行滑动平均滤波处理；
[0016] (5)比较滑动平均滤波处理后的凸度实测值和凸度目标值，得到凸度偏差值，并将 凸度偏差值分配到精轧Fl~F4机架；
[0017] (6)将精轧Fl~F4机架中各机架出口的凸度偏差值转化为弯辊力修正值，将所述 的各机架的弯辊力修正值进行PI调节；
[0018] (7)将PI调节后的弯辊力修正值进行限幅处理，即：如果PI调节后的弯辊力修正 值超出其极限值，则弯辊力修正值输出为极限值，如果没有超出极限值，则输出步骤（6)得 到的弯辊力修正值；