冷轧带钢板形测控技术的发展状况和关键问题

 冷轧带钢属于高端精品钢材,板形在线检测与控制是冷轧带钢的高端核心关键技术。自主创新研制板形测控系统是实现中国钢铁工业发展升级、建设钢铁强国的重大需求。目前,板形测控技术市场国外占据优势,国产系统正在代替进口,扩大应用规模,推进技术完善。研制先进的板形测控系统需要解决的关键技术有高精度高质量的板形仪、功能完备强大的控制手段和方法、高精度高速度的数学模型。板形仪主要有接触式和非接触式两大类,接触式板形仪通过测量带钢张力的横向分布反映板形,非接触式板形仪通过测量带钢浪形反映板形。接触式板形仪可靠耐用精度高,应用广泛,发展趋势为整辊式板形检测辊、无线式信号传输装置、板形数据的精确处理。板形控制数学模型的主要类型,按建模的原理和方法可分为机理模型和智能模型;按模型的性质和作用可分为分析模型和控制模型;按板形的表示方法可分为多点控制模型和分量控制模型。板形控制模型的发展趋势为机理与智能协同建模、动态模拟预报和动态解耦控制、多种手段和方法的协同优化。进一步提高板形测控技术水平需要突破3项关键问题,即整辊式板形仪通道耦合与解耦的机理模型、板形控制的动态模拟和动态解耦模型、板形控制的高精度智能建模方法。     

冷轧带钢板形控制机理智能协同调控模型

 为了提高板形调控效率和控制精度,基于板形控制矩阵和DE-ELM神经网络,建立了冷轧带钢板形控制机理-智能协同调控模型。首先,根据带钢金属模型和辊系弹性模型建立板形控制的机理仿真模型,构建静态板形控制矩阵;同时利用DE-ELM神经网络形成动态板形控制矩阵,并利用加权方法协调板形控制矩阵的影响度,提高板形控制稳定性和精度。实例表明,机理智能协同调控模型能够更快速获得有效板形控制系数,有助于提高冷轧带钢板形调控效率,使不良板形快速调整至良好状态。     

基于DRNN－PID的板形板厚解耦控制

 针对板形板厚综合系统具有强耦合、非线性、含纯滞后环节的特点,建立了板形板厚耦合模型,并在对其进行神经网络解耦设计的基础上提出了基于对角递归神经网络(DRNN)整定PID的板形板厚解耦控制方法,然后根据带钢冷轧情况提出神经网络解耦对不同塑性刚度参数的实际适用范围。仿真结果表明,该解耦控制系统具有比传统前馈补偿解耦PID控制效果好、响应速度快、自适应跟随能力强等优点,并且符合实际轧制要求,有效的提高了板形板厚的控制精度。     

热带钢轧机板形板厚抗干扰全解耦控制研究

宽带钢热连轧过程是一个多变量过程控制系统,除了系统有用输入和输出之间具有耦合作用之外,干扰输入也会和系统输出产生耦合作用,影响板形板厚控制质量.设计了前向通道解耦控制器和前馈补偿环节,实现了板形板厚输入输出解耦的同时使得带钢来料厚度波动对板形板厚输出的耦合性得以抑制和消除.生产实践表明,解耦策略的应用,有效地降低了板形板厚的耦合作用,尤其是板厚调节对带钢板形的干扰影响,为进一步提高带钢出口板形板厚综合质量奠定了基础.     

冷轧带钢边部偏移量对原始板形信号的影响

 在板形检测过程中,针对冷轧带钢两侧边部经常不能完全覆盖检测通道及可能发生偏移的现象,建立了适应在线计算的带钢边部板形信号误差补偿模型。利用该模型,根据带钢横向偏移量自动计算检测辊的起始通道号、有效通道数量及带钢边部的通道覆盖率,合理选择比例补偿和差分补偿2种方法,对带钢边部在线板形信号进行必要的误差补偿,使板形曲线更真实地反映实际板形状况。经物理测试和工业验证,该方法可靠有效,有效防止因异常板形信号引起的误调事故,满足轧机的精细板形调控要求。     

热连轧液压活套系统非线性多变量建模及控制

为进一步提高带钢热连轧厚控精度及控制品质,在液压活套的工作点附近,考虑带钢自重、液压伺服系统和活套本身的非线性,建立了液压活套系统的非线性多变量动态数学模型,并验证了该模型的有效性.针对该模型,考虑未建模动态和各种扰动,提出了一种基于反推控制和扩张状态观测器(ESO)补偿的解耦控制方法.用Lyapunov稳定理论证明了闭环系统是鲁棒稳定的.仿真表明新的模型和解耦控制方法都是有效的.     

冷轧过程的热行为及其对带钢板形的作用

带钢的冷轧是一个力学过程,也是一个热过程,轧制过程中存在大量的热交换,轧后带钢和轧辊温度升高。简介了冷轧原理,对其中轧辊和带钢的热行为进行了详细分析,并阐述了这些热行为对轧辊以及最终对冷轧板形的影响。列举了一些文献和专利中提到的利用热力学原理进行板形控制的方法,并详细介绍了宝钢1420、2030冷轧的板形控制实例。理论和实践都说明了在冷轧带钢的板形控制过程中,考虑轧制过程中的热行为将会改善控制的效果。     

温度控制技术在轧钢过程中的应用和拓展

介绍了在冷轧薄板轧制过程中所使用的温度控制技术.传统的温度控制是控制轧辊温度以实现对板形质量的控制,此轧辊温度模型是计算轧辊与冷却液间的热量交换.从使用情况看,传统的模型对板形质量的控制有一定的波动,板形质量不能达到理想的目标.将传统的轧辊温度技术拓展到带钢温度控制技术上,能有效地提高板形质量.带钢温度模型用于计算轧制带钢时带钢温度增量(由轧辊的变形引起的带钢温度增量)和轧制后的带钢冷却温度.生产结果表明,使用拓展的带钢温度模型控制轧制的冷轧薄板极大地提高了板形质量.     

基于模型驱动的冷轧带钢虚拟建模与系统仿真

 为解决冷轧带钢板形和轧机动作的模型驱动与人机交互问题,以冷轧带钢出口张应力横向分布和板带屈曲判别模型为基础,提出了基于VRML高程格网（Elevation Grid）节点的虚拟带钢建模技术,实现了边浪、中浪等常见板形缺陷的量化解析预测和三维动态可视化呈现,并结合国内某厂2 230 mm冷连轧机组出口板形仪实测数据,将浪形几何参数数值预测结果与现场带钢板形缺陷进行对比,两者吻合良好。在此基础上,以650 mm UCM单机架可逆冷轧机组为对象,利用MATLAB/Simulink 3D Animation工具箱,将轧机、带钢、厂房车间等VRML三维场景与轧制过程Simulink仿真模型进行了通讯集成,为虚拟现实系统开发奠定了基础。     

现代冷轧带钢凸度及板形控制技术的发展

概述了国际上广泛采用及最新应用的几种冷轧带钢凸度及板形度控制技术，包括：工作辊弯辊（ＷＲＢ）、窜辊（ＲＳ）、轧辊交叉法（ＰＣ）、轧辊交叉及窜动（ＲＣＳ）及动态板形辊（ＤＳＲ）等。     

现代冷轧带钢凸度及板形控制技术的发展

概述了国际上广泛采用及最新应用的几种冷轧带钢凸度及板形度控制技术,包括:工作辊弯辊(WRB)、窜辊(RS)、轧辊交叉法(PC)、轧辊交叉及窜动(RCS)及动态板形辊(DSR)等.     

基于时滞递推滑模预测解耦的带钢板形板厚控制

针对多变量耦合系统,提出了一种基于解耦的时滞递推滑模预测控制的算法。该算法是在对角解耦的基础上,将预测算法和递推滑模控制结合起来,设计了递推滑模预测控制器。还对滑模参考轨迹进行了研究和分类,阐述了两种滑模参考轨迹的区别。该算法被应用在带钢板形板厚的控制过程中,试验和仿真结果表明,该方法可较好地消除带钢板形板厚控制中耦合与时滞的影响。     

冷连轧机板形板厚综合解耦控制系统

带钢冷连轧过程中,板形板厚控制存在着很强的耦合关系,相互影响对方的调节效果,甚至引起系统不稳定.对轧制过程中影响板形板厚的各种因素进行了系统的理论分析,建立了板形板厚耦合模型,并在对其进行解耦设计的基础上建立了板形板厚综合解耦控制系统.采用Matlab/Simulink工具进行仿真分析,在8辊5机架全连续冷连轧机组的实际应用表明,综合解耦控制系统可有效提高板形板厚的控制精度.     

1 450 mm冷连轧生产线板形控制系统组成和功能分析

介绍了鞍钢1450冷连轧生产线板形控制系统,包括系统主要设备组成和功能等。分析了板形测量原理及影响冷轧带钢板形的因素,并结合生产实际,制定了弯辊、轧辊倾斜和工作辊分段冷却等板形调节结构的控制方案。应用结果表明,板形控制系统各项功能投入使用后,有效地减小了板形偏差,实现了带钢板形的高精度控制。     

SmartCrown轧机板形执行机构调控功效分析

冷轧带钢因其优良特性而广受欢迎,其中,板形是衡量冷轧带钢产品质量的重要指标。SmartCrown技术作为一种新兴的板形控制技术,有着良好的板形控制效果,研究分析SmartCrown轧机中板形执行机构的板形调控功效对于调节带钢板形、提高带钢产品质量具有重要意义。以某厂1 740 mm带钢冷连轧生产线为研究对象,运用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立SmartCrown轧机带钢轧制的有限元仿真模型,对中间辊横移、工作辊弯辊、中间辊弯辊等板形执行机构的调节量在工程许用范围内进行等分设定,利用有限元平台进行模拟带钢轧制试验并对其进行后处理分析,系统地分析了各板形执行机构对带钢横截面形状、板凸度、边部减薄、轧后带钢横截面的相对厚度差以及纵向纤维条的相对长度差等的影响规律,在此基础上,进一步计算获得了各板形执行机构的调控功效系数曲线,并采用六次Legendre正交多项式对调控功效系数曲线进行拟合,获得了各项拟合系数的绝对值,将各板形执行机构的板形控制分量进行对比以定量分析各板形执行机构的板形控制特性。仿真结果表明,中间辊横移的板形控制能力是最强的,工作辊弯辊次之,中间辊弯辊最弱,3种...     

UCM轧机中间辊横移控制模型与应用

为了提高冷轧带钢的板形质量,在1250单机架6辊可逆冷轧机板形控制系统改造中,根据轧制工艺,设定了中间辊初始位置。基于板形调节机构的调控功效,由闭环板形控制系统给出了中间辊在线横移的调节量。为了减少横移对轧辊磨损的影响,通过试验以及数值计算分析了中间辊横移阻力与横移速度以及轧制力之间的关系,对中间辊横移速度进行了设定。经现场应用表明,中间辊横移控制模型具有较高的板形控制精度,对实现冷轧带钢的高精度板形控制具有重要作用。     

基于模糊评判规则的冷轧带钢智能板形评价模型

 针对板形评价指标单一的问题,基于模糊综合评判规则,建立了冷轧带钢的在线板形智能评价模型。首先,利用勒让德多项式的最小二乘法实时识别和统计在线带钢的宏观板形信息及1、2、3、4次板形分量,然后在传统板形分档定级方法的基础上,建立板形模糊评判规则,并对某1 050 mm六辊冷轧机在线带钢的板形信息进行了综合评价。在线板形的综合评价结果可为板形闭环控制模型提供重要的定量板形信息,有利于提高板形调控效果和指导轧制工艺。     

冷轧带材整辊式板形仪通道耦合与解耦

 板形检测是提高板形质量的基础和关键。为保证带材表面不被划伤,整辊式板形仪应运而生。由于结构的特殊性,整辊式板形仪在某一通道受压力时不仅会对本通道信号产生作用,还会对邻近通道信号产生显著干扰,引起检测误差,因此需要对其进行解耦处理。为解决这一问题,首先通过力学分析提出了通道耦合的概念和影响矩阵模型,然后通过标定试验获得影响矩阵的数值,最终通过解耦方程消除通道间的相互干扰。仿真试验和工业应用证明,提出的理论和方法可有效提高板形检测和控制精度。     

带钢平整轧制过程中板形缺陷的遗传和演变规律

应用ABAQUS有限元软件对平整轧制过程进行三维弹塑性建模及仿真研究,通过温度场模拟入口带钢的初始板形缺陷,利用刚性工作辊的辊形变化综合表达各板形控制手段对承载辊缝形状的调控功效.基于以上力学模型,针对具有初始板形缺陷的带钢,仿真研究平整轧制后带钢的板形缺陷及其与初始板形缺陷及平整工艺条件的关系,揭示带钢平整轧制过程中板形缺陷的遗传与演变的规律.仿真计算结果表明,承载辊缝形状是决定带钢板形缺陷遗传和演变的最主要因素,轧前带钢的初始板形缺陷的程度,即最大纵向延伸差的大小,对平整后带钢的板形缺陷仅有一定程度的遗传性影响.      

冷连轧板形板厚耦合关系及其解耦设计

 带钢冷连轧过程中,板形板厚控制存在着很强的耦合关系,相互影响对方的调节效果,甚至引起系统不稳定。对轧制过程中影响板形板厚的各控制因素进行了系统的理论分析,建立了板形（平坦度、凸度）板厚耦合模型,并在对2组耦合模型进行系统分析的基础上分别进行解耦设计,以某厂1720mm五机架冷连轧机的实际参数,采用Matlab/Simulink工具进行的仿真分析,证明平坦度与板厚解耦设计可有效提高板形板厚的控制精度。