整辊镶块智能型冷轧带钢板形仪的研制与工业应用

 为提高冷轧带钢板形检测精度,研制出一种新型的冷轧带钢板形仪——整辊镶块智能型板形仪。该板形仪提出与国际上流行的分段式检测辊不同的结构形式,研制了整辊镶块式检测辊,以避免传统检测辊辊片之间由于热膨胀不同对带钢表面造成的划伤;提出与国际上流行的干式集流环不同的信号集流传输方式,研制了喷淋湿式集流环,以提高检测精度和使用寿命;提出与国际上流行的采集卡形式不同的信号处理方式,研制了嵌入式DSP板形信号处理硬件系统,以提高检测精度和抗干扰能力;研发了具有误差补偿、模式识别、目标板形制定和闭环控制计算功能的板形信号处理软件系统,以实现板形仪的智能化。该板形仪经在鞍钢1250mm冷轧机上实际工业考验证明,测量信号稳定可靠,而且实现了板形闭环控制。     

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。     

整辊式板形仪波形演变机理

在整辊式板形仪试验调试和工业应用中发现，大包角和大张力的情况下，板形辊内部传感器会输出明显区别于常规单峰波形信号的双峰波形信号。板形辊变包角安装时，存在着单峰波形向双峰波形过渡的情况，甚至在不同检测通道中，存在单、双峰波形共存的现象。由于双峰波形从形式上明显不同于单峰波形，如果按照常规单峰信号处理方式处理这种波形信号会产生明显板形检测误差。为了研究波形演变的原因和规律，设计了四辊变张力、变包角计算模型，并将其应用于有限元仿真计算。结果显示，大张力和大包角是板形仪输出信号中产生双峰波形的主要影响因素。在特定张力的条件下，单峰波形会随着包角的增大而逐渐演变为双峰波形；在特定包角条件下，单峰波形又会随着张力的增大而逐渐演变为双峰波形。为了进一步研究波形演变机理，在20°、30°和40°包角下，分别固定施加在板形辊单通道上的张力进行仿真计算，提取了传感器安装孔顶和两侧面的位移变化，得到了波形关键位置对应带材与辊体相对位置的传感器顶面位移变化。分析发现，传感器安装孔轮廓在大张力、大包角下会产生不规则的微变形，使得传感器受力状态和位移趋势发生改变，从而产生单、双峰波形信号演变的现象。通过搭建试验平...     

冷轧带钢板形测控前沿技术的创新方略

板形在线检测与闭环控制，是生产高级精品冷轧带钢的必然要求。自主创新板形测控技术，是实现中国钢铁工业发展升级、建设钢铁强国的重大需求。在简要介绍冷轧带钢板形测控技术的基本情况、发展方向和存在问题的基础上，系统阐述了推进技术创新发展的战略构想。主要研究内容包括5个方面，板形检测通道耦合与信号解耦的原理和模型，板形调控的动态模拟和动态解耦模型，板形调控的深度智能建模，板形测控系统的计算仿真和数字孪生，板形测控系统的试验研究。需要解决的关键科学技术问题有4个，板形仪通道耦合原理和解耦方法，板形调控的动态建模和解耦方法，板形调控的深度智能建模方法，板形测控的数字孪生方法。创新目标是建立板形检测信号解耦和板形控制动态智能的方法与模型，研制国际先进的高精度板形测控信息物理系统(CPS),突破提升板形测控理论和技术水平。研究方案以国产板形测控系统应用于六辊轧机为对象，采用理论分析、建模仿真、试验研究、机器学习等方法，首先分别研究板形检测解耦、轧辊整体调整、轧辊局部调整等3个子系统，然后进行集成，通过整体系统的计算仿真和数字孪生、实验室研究和工业试验，不断改进提高。旨在促进板形测控技术的深入研究，提高钢...     

整辊内嵌式板形仪挠度干扰信号的消除方法

 板形测控技术是生产高端冷轧带钢的必备技术,针对国产板形测控系统研发过程中遇到的一系列新的科学技术问题,研究了如何消除整辊内嵌式板形仪挠度引起的干扰信号。首先,分析了整辊内嵌式板形仪结构特点与传感器连接型式的特殊性;然后,分析了板形信号的理想波形与实际波形特征,根据其特征提出一种新的挠度干扰信号的消除方法,根据传感器安装位置固定的特点确定干扰信号相位,以有效信号之间波形平直为目标对干扰信号幅值进行优化;最后,通过实例和工业应用对该方法的有效性进行验证。研究结果表明,该方法可以高效精确地消除挠曲附加波形,使径向压力和板形分布变得平滑,有效提高检测精度。     

分段辊测张式板形仪性能及发展趋势研究

分段辊测张式板形仪是目前应用广泛、测量精度较高的一种在线带材平直度检测设备.为更好地深入研究此种板形仪的相关技术,以几种应用最广和创新型分段辊测张式板形仪为例,说明影响分段辊测张式板形仪性能的主要因素有检测元件检测精度及承载能力、轧材表面质量等,并进行了具体分析.指出要保证和提高板形仪性能,就要考虑提高检测精度、表面热处理、新材料、信号传输等与之密切相关的各项技术,并在此基础上讨论了分段辊测张式板形仪的发展趋势.     

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.     

温度对整辊内嵌式板形检测辊过盈配合的影响

 在用整辊内嵌式板形检测辊检测可逆冷轧生产过程中带钢的在线板形状况时,板形检测辊的热变形影响辊体内孔面与传感器顶部间过盈配合面的接触状况,引起板形检测信号的间断消失。以整辊内嵌式板形检测辊为研究对象,应用有限元技术对冷轧可逆轧制各道次中检测辊辊体内孔面与骨架顶部过盈配合面各节点副的温度差值、径向相对位移进行模拟分析,获取温度差值对各节点副相对位移和传感器预压力的影响规律。分析结果表明,第3道次各节点副的温度差值最大,大部分节点副的径向相对位移超过配合过盈量,使得传感器预压力接近零,严重影响带钢作用在辊体表面的压力传递,容易造成板形检测信号的中断。     

分段辊测张式板形仪的实验研究

为进一步验证分段辊测张式板形仪的辊高差对板形检测精度的影响及两者之间的定性定量关系,设计了分段辊测张式板形仪的实验装置,其机构实现方式和测量原理与应用于生产实际的一种板形仪相同。实验结果表明:辊高差的存在对板形检测精度的影响不可忽略,两者之间存在线性递增关系;实验结果与仿真结果相符。此实验平台的研制,为开展分段辊测张式板形仪检测精度分析提供经济、便捷的设备条件。     

冷轧板形测控系统基础实验研究

介绍了气动板形检测辊的工作原理,提出了光纤传感器定位方法实现对检测辊圆周误差的鉴相补偿,完成了检测辊的动态标定,并得出其特性曲线.运用欧式距离的择近原则对板形模式进行分类,建立了板形模糊模式识别方法.利用虚拟仪器Labview技术开发了板形测控系统软件,该系统具有良好的图形交互界面和实时测试及控制功能,为研制高性能的板形闭环控制提供了理论和实践基础.通过气动板形仪在不同弯辊力和轧制力作用下在线测试300 mm可逆冷轧机带材张力信号,得出现场实测数据,并结合轧制经验得出弯辊力和轧制力对板形的影响冈子,最终实现板彤闭环控制.     

冷连轧机板形板厚解耦设定补偿研究

首先论述了冷连轧机板形板厚解耦控制的必要性,然后针对当前板形板厚解耦控制大多针对动态轧制过程的现状,提出板形板厚解耦设定补偿的思想,它包括预设定补偿和自适应穿带解耦控制。预设定补偿是解决设定过程中弯辊力对板形板厚耦合系统的影响;自适应穿带解耦控制是针对穿带过程中轧制力预报不精确的板形板厚解耦方法。     

冷轧带材板形辊传动方案设计

 板形在线测控是提高冷轧带材板形质量的关键措施。不同轧机的板形检测辊结构和尺寸差别较大,传动方案有被动与主动两种。不合理的传动方案可能导致带材与检测辊之间发生打滑,划伤带材。为解决上述问题,首先阐述了主、被动方案的整体选择依据。然后提出了打滑安全系数的概念,分析了引起打滑的主要因素,并将打滑安全系数作为新增板形仪传动方案的选择依据。针对被动方案,提出了提高打滑安全系数的具体措施,针对主动方案,建立了具体的电机选型理论。最后通过两套工业应用的板形检测辊,分别对主、被动方案进行了验证。     

热轧带钢的断面和平度控制

本文指出影响平度的本质是带钢全宽各点的单元延伸差,阐明凸度和平度的关系;热轧板形和冷轧板形的关系。总结了各种平度测量方法和原理,介绍了各种平度仪的结构及有关的数学关系式。本文还介绍了该领域世界发展的最新情况,作者对该领域的发展提出了基本意见。     

基于模糊神经解耦控制的板型板厚控制系统仿真

面对板型板厚控制这一复杂、多变量耦合的非线性系统,本文提出了一种两级串联结构的模糊神经网络解耦控制策略,前级为自调整模糊控制器,后级为基于动态耦合特性的自适应神经网络解耦控制器,并从理论上证明了学习算法的收敛性。实现了无模型板型板厚综合控制。仿真结果表明,该控制系统收敛性好、抗干扰性强,取得令人满意的板型板厚控制精度。     

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。     

Development and application of cold strip rolling flatness control system in Ansteel

In this paper,the flatness control technology AnShaper^TM for cold-rolling mill and industry application are introduced.AnShaper^TM includes;partitioning piezomagnetic shape meter for flatness measurement for cold-rolling strip;flatness measured signals processing system based on digital signal processing（DSP）;flatness feedback control model system based on the control efficiency of flatness control actuators and model adaptive function.The application verifies that strip flatness can meet the need of high quality product by using AnShaperTM.The average flatness quality is about 5Ⅰ-unit and the 0.18 mm ultrathin thickness strip flatness is 10Ⅰ-unit.     

空气轴承式板形辊的校正及其算法研究

本文介绍了空气轴承式板形辊的结构和原理，阐述了板形辊的校正过程和校正算法。实际应用结果表明，采用本算法校正后的板形测量值能够比较准确地反映实际板形。     

超宽冷轧机带钢板形特征聚类分析

为准确掌握超宽冷轧机不同宽度带钢的板形特征,以某2180 mm超宽冷轧机1900 mm宽度带钢实测板形数据为研究对象,借鉴‘大数据’的思想,结合数据挖掘领域中聚类分析方法,提出基于网格和密度的板形特征聚类方法,并以此方法对几种典型带钢宽度的大量板形实测数据进行分析,得到不同宽度带钢的板形特征.以分段函数对板形特征进行多项式表达,得到不同宽度带钢的板形特征参数化分析结果.提出的基于网格和密度的板形特征聚类与分析方法,能够快速准确地对大量板形实测数据进行分析,提取出长期生产过程中板形缺陷特征并得到参数化表达,从而为冷连轧机,特别是超宽带钢冷连轧机的辊形改进和控制策略优化提供数据基础.