专利名称：基于模态的金属带稳定器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于稳定和控制沿钢铁厂中的轧钢线或表面处理线中的处理设施的
跑合面而驱动的金属带或者经过拉伸的钢板或钢带的振动或形状的方法和系统。
背景技术：
在钢铁工业中，需要进行稳定，也即，降低运动中的金属带或金属板的不希望的运 动和振动。稳定对于热浸镀锌(hot-dip galvanizing)线而言尤为重要。
在热浸镀锌线中，要镀锌的金属带运动通过熔融的锌池。当金属带离开锌池时，气 刀(air-knife)吹掉过量的锌，以便将涂层的厚度降低到期望的值。通过减小金属带的振 动，可以更好地控制气刀动作(擦)，并且可以使涂层厚度更均匀。这允许使涂层更薄，并且 这节省了锌，降低了产品重量并且降低了成本。 镀锌线中的振动源于该线的机械部件中的缺陷。在高线速以及较长的无支撑或自 由带路径的情况下，振动可能加剧。带的其他运动和振动源于来自气刀和冷却空气二者的 带上气流。 题名为"A device and a method for stabilizing a steel sheet (用于禾急定钢 板的设备和方法)"的W02006101446A1 (Loefgren等人)给出了一种用于稳定经过拉伸的钢 板的设备，其中钢板在传输方向上沿着预定的传输路径连续传输。该设备至少包括第一对、 第二对以及第三对电磁体，其中在钢板的每一侧上至少有一个电磁体，其适于稳定钢板。
题名为"Vibration control apparatus for steel processing line(用于钢处 理线的振动控制装置)"的US6471153B1 (TETSUYUKI等人)涉及一种用于控制正在处理线 中进行处理的钢板的振动的装置。该装置包括电磁体设备，用于生成以正确的角度作用 于钢板的磁力；传感器设备，用于检测钢板与电磁体设备之间的分离距离。在US6471153B1 中，每个电磁体设备由一个传感器设备的一个测量来控制。不使用来自其他传感器设备的 信息来修正或调整从设备生成的磁力。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制正在钢处理线中被处理的钢板或钢带的运动的方 法和系统，从而使处理线可以按照稳定的方式操作，而不存在诸如带振动、带运动或者带形 状损失(例如，弯曲)等操作问题。该系统将充当带振动的减振器，减少带运动，并且充当 带的形状控制器。 本发明的一个实施方式是一种用于钢铁厂中的悬置金属带在轧钢线或者表面处 理线中的处理设施中连续传输期间的减振和形状控制的方法，其中该方法包括步骤
-由多个非接触传感器来测量到带的距离；以及
-根据距离测量生成带剖面；-将带剖面分解为振形(mode shape)的组合；以及
-确定每个振形对总体带剖面的贡献的系数；以及
4组合，通过多个非接触致动器来控制带剖面。 从每个非接触传感器测量到带的距离，这给出了沿着带剖面的多个距离(随时间 变化的数据点)。在一个实施方式中，传感器置于带的两侧上，而在另一实施方式中，传感器 置于带的一侧上。该距离可以用于生成带剖面(例如，通过将样条函数或者平滑的样条函 数拟合至数据点)。利用随时间变化的距离，可以确定时变的带剖面。 按照本发明的一个实施方式，利用预编程控制函数来修改用于控制致动器的控制
装置，所述预编程控制函数针对每个振形包括一个最佳控制函数，所述方法进一步包括步
骤通过利用来自振形分解的系数对预编程控制函数进行加权，来控制多个致动器。对预编
程控制函数的加权例如可以通过对来自振形分解的系数的值进行过滤来实现。 按照本发明的一个实施方式，带剖面被分解为的振形是固有振形。按照本发明的
一个实施方式，带剖面被分解为振形的线性组合。 按照本发明的一个实施方式，所述方法还包括步骤基于来自工艺参数(诸如带 宽度和/或带厚度)的输入，来修改对预编程控制函数的加权。 按照本发明的一个实施方式，所述方法是基于使用数量与非接触致动器相同的非 接触传感器，在本发明的另一实施方式中，非接触传感器的数量大于非接触致动器的数量。
按照本发明的一个实施方式，所述方法包括步骤使非接触传感器的放置适应带 宽度。 按照本发明的一个实施方式，所述方法还包括步骤监视来自固有振形分解的系 数。 按照本发明的一个实施方式，所述方法还包括步骤对来自振形分解的系数连续 执行频率分析，以确定带运动的频率和大小。 按照本发明的一个实施方式，所述方法还包括步骤使用致动器来最小化系数的 差异。最小化系数的差异具有减低带振动的效果。 按照本发明的一个实施方式，所述方法还包括步骤使用致动器来影响平均剖面 的形状。影响平均剖面的形状在本领域内被公知为带的形状控制。 本发明的另一实施方式是一种用于钢铁厂中的悬置金属带在轧钢线或者表面处 理线中的处理设施中连续传输期间的减振和/或形状控制的系统，该系统包括多个非接 触传感器，其测量垂直于带表面的、到金属带的距离；多个非接触致动器，用于稳定所述金 属带；并且该系统还包括用于确定带剖面的装置；用于将确定的带剖面分解为固有振形 的组合以及确定每个固有振形对总体带剖面的贡献的系数的装置；以及用于基于固有振形 的组合来控制多个致动器的装置。 按照本发明的一个实施方式，所述系统还包括用于基于针对每个固有振形的预 编程控制函数来控制致动器的装置，并且对致动器的控制使用由所确定的系数进行加权的 控制函数的组合。 按照本发明的一个实施方式，测量到带的距离的非接触传感器位于稳定带运动的 非接触致动器的附近。 按照本发明的一个实施方式，测量距离的多个非接触传感器是感应式传感器。
按照本发明的一个实施方式，稳定运动的多个非接触致动器是电磁体。
附图构成本说明书的一部分，并且包括本发明的示例性实施方式，其可以通过多 种形式来实现。 图1示出了垂直于带表面的传感器和致动器的一种布置。 图2示出了与图1相同的传感器和致动器布置，但是从带的侧面示出。 图3示出了金属带剖面的第一固有振形。 图4示出了当带处于0-模态运动中时来自致动器的力。 图5示出了当带处于1-模态运动中时来自致动器的力。 图6示出了当带处于2-模态运动中时来自致动器的力。 图7示出了当带处于3-模态运动中时来自致动器的力。 图8示出了当带处于4-模态运动中时来自致动器的力。 图9示出了本发明中的分解方法的示意图。 图10示出了针对不同的带宽度而修改传感器位置的示意图。
具体实施例方式
在此提供对优选实施方式的具体描述。然而，应当理解，本发明可以通过各种形式 来具体化。因此，在此公开的具体细节不应被解释为限制，而应被解释为权利要求的基础以 及教导本领域技术人员以实际上任何适当详述的系统、结构或方式来使用本发明的代表性
^石出。 图1示出了按照本发明一个实施方式的、垂直于带3表面的传感器和致动器的一 种布置。金属带3剖面悬置或固定于短侧4处。位置传感器2(其可以是感应式位置传感 器)和致动器l(其可以是电磁体)跨过带而布置。电磁体生成以正确的角度作用于金属 带的磁力，并且通过控制去往电磁体的电流，可以控制金属带上的力。必须至少存在和致动 器1 一样多的传感器2。致动器1对带施加力，以保持其就位。传感器与力生成致动器1位 于相同的截面上(或者足够靠近以至于被认为是测量相同的剖面)。线c-c是所确定的带 剖面所在。 图2示出了与图1相同的传感器和致动器布置，但是从带3的侧面示出。例如通 过将带托架在滚轴之上来固定带的短侧4。在固定侧4之间，金属带被悬置并且自由运动。 位置传感器2和致动器1置于金属带3的两侧。线c-c是所确定的带剖面所在。
图3示出了金属带3剖面的第一固有振形。10示出了0-模态运动。虚线是中心 线，并且金属带剖面(黑线)在中心线上来回运动。ll示出了 1-模态运动，其中金属带在 (虚线式)中心线上来回扭动。12示出了2-模态运动，其中金属带在(虚线式)中心线上 来回弯曲。13示出了3-模态运动，其中金属带弯曲两次，在(虚线式)中心线上来回运动。 固有模态的列表可以进一步继续。 支配悬置带3的动态的物理原理使得带剖面的运动可以表示为多个(理论上为 无限个)固有模态或固有振动或振动的固有振形的线性组合。术语"固有"表示总体上限 制为单个模态的运动是可能的。图3中示出了前四种固有模态。 图4示出了当带处于0-模态运动时来自致动器的力。控制带3运动的致动器是 带之上和之下的小方块。在左图中，金属带3处于"中央"位置或者说期望位置(虚线)。在中间的图中，金属带3在中央位置"之下"(垂直偏移)，并且箭头符号化表示带3上来自 致动器的力(示意性地将概括为来自致动器"之上"和致动器"之下"的力)。在右图中，金 属带3在中央位置"之上"，并且箭头符号化表示金属带3上来自致动器的力。箭头还表示 针对此特定形状的最佳致动器响应。 图5示出了当带处于1-模态运动中时来自致动器的力。控制带3运动的致动器是 带之上和之下的小方块。在左图中，金属带3在"中央"位置或者说期望位置(虚线)。在 中间的图中，金属带3围绕中央位置"扭动"，并且箭头符号化表示带3上来自致动器的力。 在右图中，金属带3沿另一方向"扭动"。 图6示出了当带处于2-模态运动中时来自致动器的力。在左图中，金属带3处于 "中央"位置。在中间的图中，金属带3沿一个方向弯曲，并且箭头符号化表示带3上来自致 动器的力。在右图中，金属带3沿另一方向弯曲。 图7示出了当带处于3-模态运动中时来自致动器的力。在左图中，金属带3处于 "中央"位置。在中间的图中，金属带3处于3-模态运动中，并且箭头号化表示带3上来自 致动器的力。在右图中，金属带3处于另一方向的3-模态运动中。 图8示出了当带处于4-模态运动中时来自致动器的力。在左图中，金属带3处于 "中央"位置。在中间的图中，金属带3处于4-模态运动中。在右图中，金属带3处于相反 的4-模态运动中。图4到图8示出了不同的固有振形，但是本发明不限于使用固有振形。
图9示出了本发明中的分解方法的示意图。左图20示出了运动中的带3以及位 置传感器2的示意图。测量到的运动被分解为固有振形21。在分解中还确定系数(a。、ai、 32、33)，其描述来自每个固有振形的贡献。系数(a。、ai、a2、a3)是时变的。
对于每个固有振形和带，存在最佳致动器22响应(仅示出了一行致动器)。振形 的最佳致动器响应可以预先确定和编程。模态的最佳致动器响应取决于带维度(自由长 度、宽度和厚度)、带张力以及带速度。通过使用每个振形的最佳致动器响应的组合(线性 组合或其他组合)以及使用所确定系数(a。、ai、a2、a3)的过滤值，得到最佳致动器响应组合 系数(b。、b^tvb》并且得到实际致动器响应23。 本发明所基于的思想是使用与致动器数量相同的基，将带剖面和总计力剖面二 者表示为基本形状的组合(线性组合或者其他组合)。 对于每个基本形状，控制器被设计为使用该形状在当前剖面(其中剖面是使用可 用传感器来逼近的)的级数展开中的系数作为实际值，并且使用相同形状在力剖面的级数 展开中的系数作为操纵值。继而使用可用致动器来合成期望剖面。 由于形状是带的固有模态，因此准确拟合形状之一的力剖面应当产生受限于相同 形状的运动，这意味着针对每个形状的控制器将彼此解耦合，这显著简化了调节控制器参 数的任务。本发明不限于使用固有振形，而是可以使用任何类型的振形(非固有模态)来 分解所测量的带形状。这些非固有振形可以按照与固有振形相同的方式与最佳致动器22 响应(力剖面)相关联。继而将针对任意模态(固有或非固有的)的力剖面的组合(线性 组合或其他组合)结合为实际致动器响应23。 本发明的目的是将带控制分解为独立的单环控制(每个针对一种振形)。单环控 制彼此解耦合，并继而被结合为实际致动器响应23。 图10示出了针对不同带宽度而修改传感器2位置的示意图。对于宽的带30、32，传感器沿带的整体宽度放置。对于较不宽的带31、33，如果传感器2的放置不适应带宽度， 则某些传感器将无法测量带距离31，并且结果对于确定带剖面和带的减振性能而言将不太 准确。如果传感器2的放置适应带宽度33，则所有传感器2将能够测量带距离。另一实施 方式是允许非接触致动器的放置或位置也适应带宽度。传感器的位置还可以被放置为避免 在所有不同固有模态的零偏转处测量距离，例如，对于1-模态而言，避免传感器在带宽度 的中间。
权利要求
一种用于钢铁厂中的悬置金属带在轧钢线或者表面处理线中的处理设施中连续传输期间的减振和形状控制的方法，所述方法包括步骤-由多个非接触传感器测量到所述带的距离；以及-根据距离测量生成带剖面；-将所述带剖面分解为振形的组合；以及-确定每个振形对总体带剖面的贡献的系数；以及-基于振形的组合，通过多个非接触致动器来控制所述带剖面。
2.根据权利要求l所述的方法，其中利用预编程控制函数来修改用于控制所述致动器的控制装置，所述预编程控制函数包括针对每个振形的一个最佳控制函数，并且所述方法还包括步骤一通过利用来自于固有振形分解的所述系数对预编程控制函数进行加权来控制多个致动器。
3.根据权利要求卜2中任一项所述的方法，其中所述振形是固有振形。
4.根据权利要求卜3中任一项所述的方法，其中所述带剖面被分解为振形的线性组合。
5.根据权利要求2—4中任一项所述的方法，其中所述方法还包括步骤基于来自诸如带宽度、带厚度、带张力和带速度的至少一个工艺参数的输入来修改对预编程控制函数的所述加权。
6.根据权利要求卜5中任一项所述的方法，其中所述方法基于使用数量与非接触致动器相同的非接触传感器。
7.根据权利要求卜5中任一项所述的方法，其中所述方法基于使用多于非接触致动器的非接触传感器。
8.根据权利要求卜7中任一项所述的方法，其中所述非接触传感器的放置对于所有带宽度都是相同的。
9.根据权利要求卜7中任一项所述的方法，其中所述方法包括步骤使所述非接触传感器的放置适应带宽度。
10.根据权利要求卜9中任一项所述的方法，所述方法还包括步骤分析来自固有振形分解的所述系数。
11.根据权利要求卜9中任一项所述的方法，所述方法还包括步骤对来自固有振形分解的所述系数连续执行频率分析，以确定带运动的频率和大小。
12.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括步骤分析来自固有振形分解的所述系数，以确定不同模态运动中的相对能量。
13.根据权利要求卜12中任一项所述的方法，还包括步骤使用所述致动器来最小化每个振形对所述总体带剖面的贡献的所述系数的差异。
14.根据权利要求卜12中任一项所述的方法，还包括步骤使用所述致动器来影响平均带剖面的形状。
15.一种用于钢铁厂中的悬置金属带在轧钢线或者表面处理线中的处理设施中连续传输期间的减振和／或形状控制的系统，所述系统包括一多个非接触传感器，其测量垂直于带表面的、到所述金属带的距离；_多个非接触致动器，用于稳定所述金属带， 其特征在于，所述系统包括用于确定带剖面的装置；用于将确定的所述带剖面分解为振形的组合 以及确定每个振形对总体带剖面的贡献的系数的装置；以及用于基于所述振形的组合来控 制所述多个致动器的装置。
16. 根据权利要求15所述的系统， 其特征在于，所述系统包括用于基于针对每个固有振形的预编程控制函数来控制致动器的装置， 并且对所述致动器的所述控制使用由所述确定的系数进行加权的控制函数的组合。
17. 根据权利要求15-16中任一项所述的系统， 其特征在于，测量所述距离的非接触传感器的数量等于非接触致动器的数量。
18. 根据权利要求15-16中任一项所述的系统， 其特征在于，测量所述距离的非接触传感器的数量大于非接触致动器的数量。
19. 根据权利要求15-18中任一项所述的系统， 其特征在于，测量到所述带的距离的所述非接触传感器位于稳定所述带的运动的所述非接触致动 器的附近。
20. 根据权利要求15-19中任一项所述的系统，其中所述系统基于来自诸如带宽度和/ 或带厚度的工艺参数的输入来修改对预编程控制函数的所述加权。
21. 根据权利要求15-20中任一项所述的系统，其中所述非接触传感器的放置不随带 宽度的改变而改变。
22. 根据权利要求15-20中任一项所述的系统，其中所述非接触传感器的放置适应于 带宽度。
23. 根据权利要求15-22中任一项所述的系统， 其特征在于，测量所述距离的所述多个非接触传感器是感应式传感器。
24. 根据权利要求15-23中任一项所述的系统， 其特征在于，稳定所述运动的所述多个非接触致动器是电磁体。
25. 根据权利要求15-24中任一项所述的系统， 其特征在于，所述致动器用于最小化每个振形对所述总体带剖面的贡献的所述系数的差异。
26. 根据权利要求15-24中任一项所述的系统，其特征在于， 所述致动器用于影响平均带剖面的形状。
全文摘要
一种用于钢铁厂中的悬置金属带(3)在轧钢线或者表面处理线中的处理设施中连续传输期间的减振和形状控制的方法，其中所述方法包括步骤由多个非接触传感器(2)测量到所述带的距离；以及根据距离测量生成带剖面；将带剖面分解为振形的组合；以及确定每个振形对总体带剖面的贡献的系数；以及基于振形的组合，通过多个非接触致动器(1)来控制所述带剖面。
文档编号B21C47/34GK101795785SQ200780100467
公开日2010年8月4日 申请日期2007年9月3日 优先权日2007年9月3日
发明者M·莫兰德, P·罗弗格林 申请人:Abb研究有限公司