一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法与流程

本发明属于轧制过程自动控制技术领域，特别涉及一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法。涉及专利分类号b21基本上无切削的金属机械加工；金属冲压b21b金属的轧制b21b37/00专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法b21b37/16厚度、宽度、直径或其他横向尺寸的控制b21b37/18自动规则控制b21b37/20在连轧机中。

背景技术：

在板带冷连轧过程中，一般通过动态变规格实现相邻两卷带钢的钢种、厚度或宽度等规格的变换。动态变规格最重要的任务就是在带钢不断带的情况下保证产品厚度精度和超差长度。动态变规格过程中，各机架的辊缝、辊速等设定值要随着楔形区的移动而逐渐变化，从而造成其与前后机架间的张力波动。为了使这些设定参数的变动尽可能不影响到前后带钢的稳定轧制，传统上由过程计算机给定前后两卷带材的设定值，由基础自动化级的厚度、张力等控制系统分步实施设定值的变化。但是由于轧制过程中轧机的运行状态与设定状态并不完全一致，再加上未考虑焊缝位置的稳定轧制问题等，都最终影响了整个变规格过程带材头尾的厚度控制精度、超差长度及张力的稳定性。

技术实现要素：

针对现有方法存在的不足，本发明提出一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法，包括如下步骤：

—计算轧制过程中选定前后两卷带钢动态变格的中间设定参数值pi,i；

—定义动态变规格起始点位置，通过对钢带速度积分实时计算所述动态变规格起始点距离轧制过程第一机架的距离l、焊缝前变规格系数α1以及焊缝后变规格系数α2；

—根据当前计算得到的距离l的取值范围，将第一机架轧制过程划分为第一机架焊缝前动态变规格阶段、焊缝区轧制阶段和焊缝后动态变规格阶段；

当所述距离l＜0时，处于第一机架焊缝前动态变规格阶段，此时焊缝前变规格系数α1由0增加至1，即0＜α1＜1，焊缝后变规格系数α2保持不变，数值为1，通过如下公式计算得到焊缝前变规格系数α1：

α1＝(lw,1+c1+c2)/c1

lw,1为焊缝到第1机架的距离，m；c2＝0.1m，c1＝0.3～0.5m；

当计算α1≥1时，焊缝前动态变规格结束，开始焊缝轧制阶段，该阶段辊缝及速度均保持不变，该阶段起始于焊缝前0.1m位置，结束于焊缝后0.1m位置；

当所述动态变规格斜坡α2由1减少至0时，此时焊缝前变规格系数α1保持不变，数值为1，表明当前处于焊缝后动态变规格阶段，此时，焊缝后变规格系数α2通过如下公式计算得到：

α2＝(c1-lw,1+c3)/c1

式中，c3＝0.1m，焊缝后动态变规格时，第1机架辊缝目标值为下一卷带钢辊缝设定值，第1机架辊缝设定值如下所示；

sr1＝(1-α2)s(n+1),1+α2si,1

c1为焊缝前变规格起始位置；c2为焊缝区轧制起始位置，c3为焊缝后动态变规格结束位置；

—将整个轧制过程中每个机架轧制过程均划分为焊缝前动态变规格阶段、焊缝区轧制阶段和焊缝后动态变规格阶段，根据前一机架动态变规格阶段，调整与前一机架张力，实现轧制过程中的动态变规格。

作为优选的实施方式，所述的中间设定参数值pi,i至少包括：各个机架辊缝、机架间张力、轧机出口厚度和前滑值；

pi,i＝(p(n),i+p(n+1),i)/2

式中，pi,i为第i机架变规格参数中间设定值，p(n),i为当前卷带钢第i机架设定值，p(n+1),i为下一卷带钢第i机架设定值。

作为优选的实施方式，所述的距离l计算过程如下：

l＝l0-lw,0-c1

式中，l为动态变规格起始点到第一机架的距离，l0为轧机入口区域总长度，lw,0为焊缝距离轧机入口区域起始位置的距离，该值通过对轧机入口区域的速度进行积分，再经过轧机入口焊缝检测仪修正，得到焊缝距离轧机入口区域起始位置的距离，计算方法如下式所示，c1＝0.3～0.5m；

式中，lb为焊缝距离前一相邻区域起始位置的距离，m；lbf为前一相邻区域总长度，m；ln为轧机入口区域总长度，m；lf为焊缝距离第一机架中心线的距离，m；ve为当前区域带钢运行速度，m/s。

作为优选的实施方式，第一机架动态变规格时，对第1机架轧辊速度进行调节：

第1机架轧辊速度与第1机架前滑值、第2机架前滑值、第2机架入口实际厚度和出口设定厚度有关，这里可以调节的参数只有第1机架前滑值，前滑值fr1的计算方法如下式所示。

fr1＝(1-α1)f(n),1+α1fi,1

作为优选的实施方式，当所述第一机架处于焊缝后动态变规格阶段时，调节第1机架轧辊前滑值：

fr1＝(1-α2)f(n+1),1+α2fi,1

其中，fi1表示第1机架前滑变规格中间设定值，f(n+1),1表示第1机架下卷带钢前滑设定值。

作为优选的实施方式，第二机架焊缝前动态变规格阶段开始前，根据如下公式所述计算得到的起始点位置判断第二机架是否开始执行动态变规格；

公式中v2为第2机架出口带钢速度，l1,2为1、2机架之间距离，即两辊中心线，公式表示第1机架变规格起始点到达第2机架入口，从而触发第2机架的变规格过程；当第1机架变规格起始点到达第2机架时，第2机架焊缝前动态变规格启动。

更进一步的，第二机架焊缝前动态变规格阶段过程中，1-2机架之间张力需要过渡到下卷带钢张力设定值；

在第2机架焊缝前动态变规格阶段，1-2机架之间张力目标值为步骤1中计算的变规格张力中间值，1-2机架间张力设定值计算方法如下式所示。

tr,1-2＝(1-α1)t(n),1-2+α1ti,1-2

同时，对第2机架轧辊速度进行调节，即调节第2机架前滑值，计算方法如下式所示。

fr2＝(1-α1)f(n),2+α1fi,2。

更进一步的，第2机架焊缝后动态变规格阶段中，第二机架辊缝目标值为下一卷带钢辊缝设定值，计算方法如式(14)所示；1-2机架之间张力目标值为下卷带钢张力设定值，计算方法如式(15)所示；前滑目标值为下一卷带钢前滑设定值，计算方法如式(16)所示。

sr2＝(1-α2)s(n+1),2+α2si,2(14)

tr,1-2＝(1-α2)t(n+1),1-2+α2ti,1-2(15)

fr2＝(1-α2)f(n+1),2+α2fi,2(16)

通过采用上述技术方案，本发明公开的一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法，细化了带钢连轧过程焊缝楔形轧制区的划分，即分为焊缝前动态变规格阶段、焊缝区轧制阶段和焊缝后动态变规格阶段，根据不同阶段轧制参数目标设定值的不同，精确控制板带轧制的动态变规格过程。本发明方法只需要在软件编程条件下就能方便的实现，且不需要成本上的投入，通过对动态变规格过程的高精度控制，可以大幅度提高板带头尾厚度控制精度、减小头尾超差长度并提高轧制过程的稳定性，可以广泛推广到板带轧制厂中。

附图说明

为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法的动态变规格起始点跟踪示意图；

图2为本发明一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法的焊缝前后变规格斜坡示意图；

图3为本发明一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法的第一到5机架变规格示意图；

图4为本发明一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，如图1-图4所示：

步骤1：动态变规格中间设定值计算。

过程控制计算机根据前后两卷带钢的轧制规程计算动态变规格中间设定参数，

所述的设定参数包括各个机架辊缝、机架间张力、轧机出口厚度和前滑值，计算方法如式(1)所示。

pi,i＝(p(n),i+p(n+1),i)/2(1)

式中，pi,i为第i机架变规格参数中间设定值，p(n),i为当前卷带钢第i机架设定值，p(n+1),i为下一卷带钢第i机架设定值。

步骤2：动态变规格起始点跟踪。

动态变规格起始点位置通常定义在焊缝前(0.3～0.5)m，如图1所示，通过对带钢速度的积分实时计算起始点到第一机架的距离。如式(2)所示。

l＝l0-lw,0-c1(2)

式中，l为动态变规格起始点到第一机架的距离，l0为轧机入口区域总长度，lw,0为焊缝距离轧机入口区域起始位置的距离，该值通过对轧机入口区域的速度进行积分，再经过轧机入口焊缝检测仪修正，得到焊缝距离轧机入口区域起始位置的距离，计算方法如式(3)所示，c1＝0.3～0.5m。

式中，lb为焊缝距离前一相邻区域起始位置的距离，m；lbf为前一相邻区域总长度，m；ln为轧机入口区域总长度，m；lf为焊缝距离第一机架中心线的距离，m；ve为当前区域带钢运行速度，m/s。

步骤3：第一机架焊缝前动态变规格。

根据步骤2中计算的起始点位置判断第一机架是否开始执行动态变规格。

当起始点到达轧机第一机架，即l<0时，第一机架辊缝和第一机架轧辊速度沿焊缝前变规格斜坡调节到步骤1中计算的变规格中间设定值，焊缝前变规格斜坡的计算方法如式(4)所示。

焊缝前变规格开始后，随着焊缝的移动，焊缝前变规格斜坡由0变为1，如图2所示。

α1＝(lw,1+c1+c2)/c1(4)

式中，lw,1为焊缝到第一机架的距离，m；c2＝0.1m。第一机架焊缝前动态变规格时，其辊缝目标值为步骤1中计算的变规格辊缝中间值，为了防止设定参数变动较大，选择第一机架辊缝反馈值作为当前设定值，如式(5)所示，同时将第一机架辊缝修正量清零。第一机架辊缝设定值如式(6)所示。

si,1＝(sact,1+s(n+1),1)/2(5)

sr1＝(1-α1)s(n),1+α1si,1(6)

为了保证前材尾部质量，第一机架变规格时1-2机架之间张力保持不变，同时为了使辊缝的变动尽可能不影响到带钢的稳定轧制，需要对第一机架轧辊速度进行调节。第一机架轧辊速度与第一机架前滑值、第2机架前滑值、第2机架入口实际厚度和出口设定厚度有关，这里可以调节的参数只有第一机架前滑值，前滑的计算方法如式(7)所示。

fr1＝(1-α1)f(n),1+α1fi,1(7)

步骤4：第一机架焊缝区轧制。根据步骤3中计算的α1判断焊缝前动态变规格状态，当α1≥1时，焊缝前动态变规格结束，如图(2)所示。为了保证焊缝位置的稳定轧制，过焊缝阶段辊缝及速度均保持不变，该阶段起始于焊缝前0.1m位置，结束于焊缝后0.1m位置。

步骤5：第一机架焊缝后动态变规格。第一机架辊缝和第一机架轧辊速度沿焊缝前变规格斜坡调整到中间设定值，经过步骤4后进入到焊缝后动态变规格阶段。焊缝后变规格斜坡的计算如式(8)所示。焊缝后变规格开始后，随着焊缝的移动，焊缝后变规格斜坡由1变为0，如图2所示。

α2＝(c1-lw,1+c3)/c1(8)

式中，c3＝0.1m。焊缝后动态变规格时，第一机架辊缝目标值为下一卷带钢辊缝设定值，第一机架辊缝设定值如式(9)所示。c1为焊缝前变规格起始位置；c2为焊缝区轧制起始位置，c3为焊缝后动态变规格结束位置。

sr1＝(1-α2)s(n+1),1+α2si,1(9)

为了保证前材头部质量，第一机架变规格时1-2机架之间张力保持不变，同时为了使辊缝的变动尽可能不影响到带钢的稳定轧制，需要对第一机架轧辊速度进行调节。由步骤3可知，可以调节的参数只有第一机架前滑值，计算方法如式(10)所示。

fr1＝(1-α2)f(n+1),1+α2fi,1(10)

步骤6：第2机架焊缝前动态变规格。根据步骤2中计算的起始点位置判断第一机架是否开始执行动态变规格，当第一机架开始动态变规格时，采用第一-2机架之间的带钢速度跟踪该起始点位置，如式(11)所示。

当第一机架变规格起始点到达第2机架时，第2机架焊缝前动态变规格启动。

第2机架辊缝的变化过程与步骤3中第一机架辊缝变化过程相同。

为了保证后材头部质量，1-2机架之间张力需要过渡到下卷带钢张力设定值。

在第2机架焊缝前动态变规格阶段，1-2机架之间张力目标值为步骤1中计算的变规格张力中间值，1-2机架间张力设定值计算方法如式(12)所示。

tr,1-2＝(1-α1)t(n),1-2+α1ti,1-2(12)

同时，为了使辊缝的变动尽可能不影响到带钢的稳定轧制，需要对第2机架轧辊速度进行调节。由步骤3可知，可以调节的参数只有第2机架前滑值，计算方法如式(13)所示。

fr2＝(1-α1)f(n),2+α1fi,2(13)

步骤7：第2机架焊缝区轧制。与步骤4相同。

步骤8：第2机架焊缝后动态变规格。

第2机架焊缝后变规格的触发时机为第一机架焊缝后变规格起始点到达第2机架，此时变规格斜坡的计算过程如式(8)所示。

第2机架辊缝目标值为下一卷带钢辊缝设定值，计算方法如式(14)所示；1-2机架之间张力目标值为下卷带钢张力设定值，计算方法如式(15)所示；前滑目标值为下一卷带钢前滑设定值，计算方法如式(16)所示。

sr2＝(1-α2)s(n+1),2+α2si,2(14)

tr,1-2＝(1-α2)t(n+1),1-2+α2ti,1-2(15)

fr2＝(1-α2)f(n+1),2+α2fi,2(16)

步骤9：重复步骤6-8，完成3-5机架的动态变规格过程，如图3所示。

实施例

本实施例中，某1450mm酸洗冷连轧机组，该生产线冷连轧机组形式为五机架全六辊，单机架最大轧制力为20000kn，出口速度最高1350m/min，基础自动化系统由三套基于西门子tdc的核心控制器组成。

前卷带钢规格：轧制钢种mrt-3，来料宽度888mm，来料厚度2.0mm，出口厚度0.22mm

后卷带钢规格：轧制钢种mrt-3，来料宽度862mm，来料厚度1.8mm，出口厚度0.19mm

本实施例一种基于特征点跟踪的高精度板带轧制过程动态变规格实现方法，如图4所示，包括以下步骤：

步骤1：将前后两卷带钢pdi数据输入过程控制计算机，计算轧制规程。设定变规格常数c1＝0.3m，c2＝0.1m，c3＝0.1m。

步骤2：基础自动化系统通过工业以太网与过程控制计算机相连，读入并存储前后两卷带钢轧制规程。根据轧制规程及传感器实时反馈值计算中间设定值，

步骤3：设定动态变规格时轧机出口速度为220mpm，则轧机入口速度为24.2mpm，轧机入口焊缝检测仪距离第一机架7.3m，当焊缝检测仪检测到焊缝时系统自动将焊缝位置设置为距离第一机架7.3m，此时变规格起始点距离第一机架6.9m。

步骤4：焊缝跟踪系统根据入口带钢速度实时计算焊缝位置，当焊缝到达第一机架前0.4m处时开始执行变规格过程，为了方便理解设定值的计算方法，以焊缝到达第一机架前0.3m处为例进行说明，此时计算的焊缝前变规格斜坡为：

根据轧制规程和步骤2计算的中间设定值，最终计算的第一机架的焊缝设定值和前滑设定值为：

sr1＝(1-α1)s(n),1+α1si,1＝(1-0.333)×2.661+0.333×2.700＝2.674mm

fr1＝(1-α1)f(n),1+α1fi,1＝(1-0.333)×5.370+0.333×5.442＝5.394

轧机基础自动化系统依据上述计算的设定值调整液压缸位置和轧辊速度设定值，从而完成焊缝前动态变规格过程。随着焊缝的向前移动，α1逐渐变大直至到1，此时焊缝距离第一机架0.1m。计算的第一机架的焊缝设定值和前滑设定值为：

sr1＝(1-α1)s(n),1+α1si,1＝(1-1)×2.661+1×2.700＝2.700mm

fr1＝(1-α1)f(n),1+α1fi,1＝(1-1)×5.370+1×5.442＝5.442

根据上述结果可以看到，轧机辊缝和前滑从前卷带钢设定值过渡到变规格中间设定值。

步骤5：根据上述步骤中计算的α1判断焊缝前动态变规格状态，当α1≥1时，焊缝前动态变规格结束，为了保证焊缝位置的稳定轧制，过焊缝阶段辊缝及速度均保持不变，

步骤6：焊缝后0.1m处为焊缝后变规格起始点，当该点进入轧机时，第一机架开始焊缝后变规格。为了方便理解设定值的计算方法，以焊缝后0.2m进入轧机为例进行说明，此时计算的焊缝后变规格斜坡为：

根据轧制规程和步骤2计算的中间设定值，最终计算的第一机架的焊缝设定值和前滑设定值为：

sr1＝(1-α2)s(n+1),1+α2si,1＝(1-0.667)×2.630+0.667×2.700＝2.677mm

fr1＝(1-α2)f(n+1),1+α2fi,1＝(1-0.667)×5.514+0.667×5.442＝5.466

轧机基础自动化系统依据上述计算的设定值调整液压缸位置和轧辊速度设定值，从而完成焊缝后动态变规格过程。随着焊缝的向前移动，α2逐渐变小直至到0，此时焊缝后0.4m处到达第一机架。计算的第一机架的焊缝设定值和前滑设定值为：

sr1＝(1-α2)s(n+1),1+α2si,1＝(1-0)×2.630+0×2.700＝2.630mm

fr1＝(1-α2)f(n+1),1+α2fi,1＝(1-0)×5.514+0×5.442＝5.514

根据上述结果可以看到，轧机辊缝和前滑从变规格中间设定值过渡到后卷带钢设定值。

步骤7：根据上述步骤中计算的α2判断焊缝前动态变规格状态，当α2≤0时，焊缝后动态变规格结束，即第一机架动态变规格结束。

除了增加机架间张力的动态调整之外，第2-5机架的动态变规格过程与第一机架类似。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。