专利名称：一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统及方法
技术领域：
本发明涉及板带钢材轧制中的板形控制技术，尤其涉及一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统及方法。
背景技术：
平直度是衡量冷轧带钢产品合格与否的一项主要技术指标。良好的带钢平直度控制可以减少单边浪、双边浪、中间浪等板形缺陷的发生，提高带钢产品的板形质量。常见的多辊轧机中的板形控制系统主要是通过改变工作辊辊隙分布的方式来控制带钢的平直度。实现带钢平直度高精度控制的必要条件是能够在线实时连续地获取带材的实际平直度分布参数，然后计算目标平直度分布与实际平直度分布之差来获取平直度偏差分布，再利用其计算各板形控制执行器的在线调节量，然后根据执行器的调节量来改变轧机传动装置的实际位置以影响工作辊辊缝分布，从而达到控制带钢平直度的目的。如，现有可检索到的对带钢平直度进行控制的技术
1)M.J. Grimble, and J. Fotakis, “The Design of Strip Shape Control Systems for Sendzimir Mills，，，IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 27, No. 3, 1982 ；
2)S. R. Duncan, J. M. Allwood, and S. S. Garimella. "The analysis and Design of Spatical Control Systems in Strip Metal Rolling，，， IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 6, No. 2,1988 ；
3)J.V. Ringwood, “Shape Control Systems for Sendzimir Steel Mills，，，IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 8, No. 1, 2000 ；
4)Μ. Jelalu, U. Muller, A. Wolff, and W. Ungerer, "Advanced Control Strategies for Rolling Mills，，， Metallurgical Plants and Technology International, No. 3，2001;以及
5)发明专利ZL200510028316.2，名称为“克服复合浪形的轧制方法”的技术。上述各种技术的共同特点是对获取的轧制过程参数，如传动装置对平直度的作用功效和平直度偏差分布，不经过任何技术处理而简单地利用它们进行直接求逆运算来获取执行器调节量。该方法通常称为“最小平方法”、“剩余平方最小化法”、“左伪逆矩阵”等。使用上述基于对板形控制执行器调控功效系数矩阵的Gram矩阵进行直接求逆的传统带钢平直度控制方法，通常会遇到如下问题对轧机模型直接求逆可引起控制系统对模型误差敏感，可能导致若干传动装置的不稳定性或不必要的移动。所有的传动装置被同时使用时，由于不理想的解耦运算，这些传动装置并不是被独立控制的，这意味着一个传动装置的小的移动可能引起其它传动装置的大的移动，并且使这些传动装置陷入极限状态。为了解决上述问题，授权号为CN100556571C、名称为“优化带材轧制中平整度控制的方法及装置”的发明专利中使用对在线轧机模型的奇异值分解(SVD)来对整个带材的当前平直度偏差分布进行参数化，然后设计线性多变量控制器来计算各传动装置的调节量。 由于其控制模式是通过使用轧机矩阵的奇异值分解导出的，这样就获得了更加稳定和强健的控制性能。但，该方法却显著增加了板形控制的在线计算量。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统及方法，采用改进的控制架构，以提高控制系统的稳定性，并降低控制算法的在线计算量。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的
一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统，包括轧机本体，还包括平直度控制子系统和平直度测量装置；所述平直度控制子系统、轧机本体和平直度测量装置依次相连，所述平直度测量装置与所述平直度控制子系统通过反馈线相连接；其中
所述平直度控制子系统，用于在线收集冷轧带钢轧制中的过程参数，完成板形目标平直度与所述平直度测量装置反馈的带材平直度之间偏差的正交参数化功能，并实时计算出冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制的执行器调节量；
所述轧机本体，用于根据所述鲁棒优化控制的执行器调节量，改变轧机传动装置的实际位置以调整轧机工作辊的辊缝分布，从而控制带钢平直度。其中，所述轧机本体包括轧机传动装置和轧机出口板形。所述平直度控制子系统主要包括板形目标平直度模板库、误差参数化模块和多变量解耦控制模块；其中
所述板形目标平直度模板库，用于存储工艺人员在带钢轧制前设定的板形目标平直度模板；
所述误差参数化模块，用于收集冷轧带钢轧制中的过程参数，对板形控制执行器的调控功效矩阵进行正交分解，板形仪在线实时采集带钢平直度分布信号，计算目标平直度与实时采集平直度之差即平直度偏差，并依据正交分解结果对该平直度偏差进行参数化；
所述多变量解耦控制模块，用于利用多变量解耦控制算法计算一个控制周期内的各执行器的调节量。所述平直度控制子系统进一步包括冷轧带钢轧制过程参数模块和工业以太网通信模块。一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制方法，该方法包括
A、收集冷轧带钢轧制中的过程参数；
B、使用改进的Gramlchmidt矩阵正交分解算法对板形控制执行器功效系数矩阵进行正交分解；
C、计算由轧制工艺确定的目标平直度分布信号与在线实时采集的带钢平直度分布信号之差 ；再利用板形控制执行器功效系数矩阵正交分解后的结果对进行参数化处理，并得到参数化处理后的m维列向量
Cr 一 ，
D、利用多变量解耦控制算法实时计算冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制的各执行器调节量u，再将得到的所述执行器调节量u提供给轧机传动装置。其中，步骤A所述收集冷轧带钢轧制中的过程参数，具体为根据辊系弹性变形理论和轧件三维变形理论进行数值计算，或通过轧机实验，得到板形控制执行器的功效系数矩阵E
权利要求
1.一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统，包括轧机本体，其特征在于还包括平直度控制子系统和平直度测量装置；所述平直度控制子系统、轧机本体和平直度测量装置依次相连，所述平直度测量装置与所述平直度控制子系统通过反馈线相连接；其中所述平直度控制子系统，用于在线收集冷轧带钢轧制中的过程参数，完成板形目标平直度与所述平直度测量装置反馈的带材平直度之间偏差的正交参数化功能，并实时计算出冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制的执行器调节量；所述轧机本体，用于根据所述鲁棒优化控制的执行器调节量，改变轧机传动装置的实际位置以调整轧机工作辊的辊缝分布，从而控制带钢平直度。
2.根据权利要求1所述的冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统，其特征在于，所述轧机本体包括轧机传动装置和轧机出口板形。
3.根据权利要求1所述的冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统，其特征在于，所述平直度控制子系统主要包括板形目标平直度模板库、误差参数化模块和多变量解耦控制模块；其中所述板形目标平直度模板库，用于存储工艺人员在带钢轧制前设定的板形目标平直度模板；所述误差参数化模块，用于收集冷轧带钢轧制中的过程参数，对板形控制执行器的调控功效矩阵进行正交分解，板形仪在线实时采集带钢平直度分布信号，计算目标平直度与实时采集平直度之差即平直度偏差，并依据正交分解结果对该平直度偏差进行参数化；所述多变量解耦控制模块，用于利用多变量解耦控制算法计算一个控制周期内的各执行器的调节量。
4.根据权利要求1或3所述的冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统，其特征在于，所述平直度控制子系统进一步包括冷轧带钢轧制过程参数模块和工业以太网通信模块。
5.一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制方法，其特征在于，该方法包括A、收集冷轧带钢轧制中的过程参数；B、使用改进的Gramlchmidt矩阵正交分解算法对板形控制执行器功效系数矩阵进行正交分解；C、计算由轧制工艺确定的目标平直度分布信号与在线实时采集的带钢平直度分布信号之差< ；再利用板形控制执行器功效系数矩阵正交分解后的结果对进行参数化处理，并得到参数化处理后的m维列向量 & ；D、利用多变量解耦控制算法实时计算冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制的各执行器调节量u，再将得到的所述执行器调节量u提供给轧机传动装置。
6.根据权利要求5所述的冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制方法，其特征在于，步骤A所述收集冷轧带钢轧制中的过程参数，具体为根据辊系弹性变形理论和轧件三维变形理论进行数值计算，或通过轧机实验，得到板形控制执行器的功效系数矩阵E
7.根据权利要求5所述的冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制方法，其特征在于，步骤B所述对板形控制执行器功效系数矩阵进行正交分解，具体为
8.根据权利要求5所述的冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制方法，其特征在于，步骤C所述得到参数化处理后的m维列向量g的计算过程为令之0 =艮，则m维列向量g中各元素的计算方法为
9.根据权利要求5所述的冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制方法，其特征在于，步骤D所述计算冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制的各执行器调节量u的过程为其中，J为mXm维的上三角矩阵；g为m维列向量。
全文摘要
本发明公开一种冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制系统及方法，该系统包括轧机本体，平直度控制子系统和平直度测量装置；所述平直度控制子系统，用于在线收集冷轧带钢轧制中的过程参数，完成板形目标平直度与所述平直度测量装置反馈的带材平直度之间偏差的正交参数化功能，并实时计算出冷轧带钢平直度的鲁棒优化控制的执行器调节量；所述轧机本体，用于根据所述鲁棒优化控制的执行器调节量，改变轧机传动装置的实际位置以调整轧机工作辊的辊缝分布，从而控制带钢平直度。采用本发明的系统及方法，能够提高所述控制系统的稳定性，并降低控制算法的在线计算量。
文档编号B21B37/28GK102500624SQ201110316290
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月18日 优先权日2011年10月18日
发明者解相朋, 赵菁 申请人:中冶南方工程技术有限公司