專利名稱：確定剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置額定值的計算機輔助方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于確定軋制機架的剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置額定值的計算機輔助方法，該軋制機架至少具有用于在帶寬延伸方向上軋制金屬帶的工作軋輥。在此，金屬帶例如可以是鋼帶，鋁帶或者有色金屬帶、特別是銅帶。
背景技術(shù)：
借助于常規(guī)的控制和調(diào)節(jié)方法可以實現(xiàn)，使所軋制的帶具有所希望的最終軋制溫度和所希望的最終軋制厚度。
不過，所軋制的帶的質(zhì)量不僅由這些量確定。其它決定所軋制的帶的質(zhì)量的量例如有金屬帶的剖面(Profil)、輪廓(Kontur)和表面均勻性(Planheit)。
剖面、輪廓和表面均勻性的概念在現(xiàn)有技術(shù)中部分地以不同的含義被使用。
剖面就其自身的詞義來說是指在帶寬上的帶厚的變化。不過，這個概念在現(xiàn)有技術(shù)中不僅用于帶厚在帶寬上的變化，而且還部分地表示在帶邊沿的帶厚與帶中間的帶厚的偏差的純標量度量。對于該值在后面使用剖面值(Profilwert)的概念。
輪廓的概念部分地用于表示絕對帶厚變化、部分地用于表示關(guān)于帶中間帶厚的絕對帶厚變化。在后面使用輪廓變化(Konturverlauf)的概念表示關(guān)于帶中間帶厚的絕對帶厚變化。
表面均勻性的概念就其詞義來說首先包括金屬帶的僅可見的偏差。不過，在現(xiàn)有技術(shù)中以及在本發(fā)明中其也用作在帶中存在的內(nèi)部張力的同義詞，并且與該內(nèi)部張力是否引起金屬帶的可見偏差無關(guān)。
盡管在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公知了不同的用于控制和調(diào)節(jié)金屬帶表面均勻性的方法，例如，DE 19851554 C2就公開了一種這樣的方法。但這些方法工作得還不完全令人滿意。特別是常常難于對預定的表面均勻性進行預先設置和保持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種確定剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置額定值的計算機輔助方法，利用該方法可以比現(xiàn)有技術(shù)更好地得到并保持預定的剖面值、輪廓變化和/或表面均勻性變化。
上述技術(shù)問題是如下解決的-向一材料流模型輸入描述通過軋制機架之前和之后的金屬帶的輸入量，-該材料流模型至少在帶寬方向上在線地確定至少一個軋制力變化，并將其輸入到軋制變形模型(Walzenverformungsmodell)，-該軋制變形模型在引入該軋制力變化的條件下確定產(chǎn)生的軋制變形，并將其送入額定值確定器，和-該額定值確定器根據(jù)所確定的軋制變形和輸出端的輪廓變化確定剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置的額定值。
材料流模型材料流模型材料流模型確定軋制力的兩維分布，其中，一個方向在軋制方向上延伸，另一個方向在帶寬方向上延伸?？梢詫④堉屏Φ膬删S分布直接輸入到軋制變形模型中。不過，如果材料流模型通過對在軋制方向上軋制力的分布進行積分來確定在帶寬方向上的軋制力變化，則通常已經(jīng)足夠準確。
如果金屬帶和輸入量在帶寬方向上是對稱的，則可以減少用于確定軋制力變化的計算花費。
在熱軋制中所謂的希契科克公式有效，利用該公式可以確定軋制縫隙長度，并且根據(jù)該公式盡管在軋制方向上工作軋輥的變形仍保持軋制縫隙幾何形狀基本上為圓弧形。因此，與在軋制縫隙出現(xiàn)和消失的輪廓變化相結(jié)合，可以近似地確定在帶寬方向和在軋制方向上的完整的二維軋制縫隙變化。因此，輸入量優(yōu)選地包括至少一個起始輪廓變化、一個終止輪廓變化和一個起始表面均勻性變化。
如果材料流模型借助于至少一個數(shù)學物理差分方程確定在帶寬方向上的軋制力變化，該差分方程描述在軋制縫隙中金屬帶的流體特性，則該材料流模型工作得特別精確。因為這樣根據(jù)在工作軋輥之間實際進行的變形過程確定軋制力變化。
金屬帶在軋制機架中在軋制方向上從一個軋制縫隙起始處通過有效軋制縫隙長度而得到軋制。如果軋制縫隙比遠遠小于1，則可以利用很小的計算花費至少近似地求解差分方程，其中，該軋制縫隙比是進入的帶厚的一半與有效軋制縫隙長度的比值。即，軋制縫隙比應該低于0.4，盡可能低于0.3，例如低于0.2或者0.1。
如果軋制縫隙比小，則可以在至少一個差分方程中僅考慮軋制縫隙比的主要項，即建立漸進的近似。由此該至少一個差分方程的系數(shù)僅在二維上變化而不是在三維上變化。因此，可以極大地減少求解該至少一個差分方程的計算花費。
如果將該至少一個差分方程定義在軋制方向上和帶寬方向上的支撐位置處，并且這些支撐位置不均勻地分布，則在得到同樣精度的情況下還可以進一步減少計算花費。作為替換，自然也可以代之以減少計算花費而提高得到的精度。在此，尤其可以在軋制方向上均勻地設置支撐位置，而在帶寬方向上使至帶邊沿的支撐位置的設置比在帶中間區(qū)域設置得相互更近。
如果在該至少一個差分方程中輸入一個在軋制方向上的摩擦系數(shù)和一個在帶寬方向上的摩擦系數(shù)，該在軋制方向上的摩擦系數(shù)是常數(shù)而在帶寬方向上的摩擦系數(shù)是一個非常數(shù)函數(shù)，則比在帶寬方向上的摩擦系數(shù)是常數(shù)時得到明顯更高的精度。
金屬帶具有不同的材料特性，例如流體張力。如果在材料流模型范圍內(nèi)將流體張力視為常數(shù)和/或材料流模型僅考慮金屬帶的塑性變形，則在明顯減少計算花費的情況下僅帶來計算結(jié)果極小的惡化。
如果材料流模型還在帶寬方向上確定預期的輸出端上的金屬帶表面均勻性變化，則其提供更廣泛的信息內(nèi)容。
如果軋制變形模型具有一個工作軋輥扁率模型和一個軋輥剩余變形模型，則借助于工作軋輥扁率模型可確定工作軋輥至金屬帶的扁率變化，而借助于軋輥剩余變形模型可確定軋制機架軋輥的剩余變形，并且將軋制力變化僅輸入到工作軋輥扁率模型，這對于確定額定值通常是足夠了。如果將軋制力變化也輸入到軋輥剩余變形模型，則在提高計算花費的條件下自然可以實現(xiàn)更精確的結(jié)果。
材料流模型優(yōu)選地根據(jù)已經(jīng)軋制的金屬帶進行修正。為此，例如可以根據(jù)實際通過測量確定的輪廓變化和/或表面均勻性變化以及通過材料流模型預期的輪廓變化和/或表面均勻性變化改變至少一個摩擦系數(shù)。在此，該測量可以在多機架的軋制機列中的任意一個機架之后進行。
借助于軋制機架原則上可以軋制任意的金屬帶。不過優(yōu)選地熱軋制鋼帶或者鋁帶。
使用本發(fā)明的確定方法的多機架軋制機列優(yōu)選地具有至少三個軋制機架，其中，本發(fā)明的確定方法應用在每個軋制機架上。


本發(fā)明的其它優(yōu)點和細節(jié)借助于附圖由下面對優(yōu)選實施方式的描述給出。圖中按原理圖示出了圖1示出了一個由控制計算機控制的、用于軋制金屬帶的多機架軋制機列，圖2a和2b以截面示出了金屬帶以及輪廓變化，圖3a至圖3c示出了不同的金屬帶，圖4示出了在控制方向上實現(xiàn)的模型的框圖，圖5示出了輪廓確定器，圖6示出了帶變形模型，圖7示出了工作軋輥和一金屬帶的上半部分，圖8示出了金屬帶的俯視圖，圖9示出了軋制力的兩維分布，圖10示出了帶寬方向上的軋制力變化，圖11示出了金屬帶的表面均勻性變化，圖12示出了工作軋輥扁率模型，圖13示出了軋輥溫度和磨損模型，圖14示出了軋輥彎曲模型，圖15示意地示出了自適應方法。
具體實施例方式
按照圖1，用于軋制金屬帶1的軋制機列由控制計算機2控制。在此，控制計算機2的運行方式由計算機程序產(chǎn)品2′規(guī)定，利用該計算機程序產(chǎn)品2’控制計算機2被編程。按照圖1，軋制機列具有7個軋制機架3，尤其是至少具有三個軋制機架3。金屬帶1在軋制機列中在軋制方向x上被軋制。
圖1中的軋制機列被構(gòu)造為用于熱軋鋼帶的生產(chǎn)線。但是，本發(fā)明不局限于用于熱軋鋼帶的多機架軋制機列。該軋制機列還可以被構(gòu)造為冷軋機列(串聯(lián)機列)和/或只具有一個軋制機架(例如，一個可逆機架)和/或用于軋制非鐵金屬(例如，鋁、銅或者其它有色金屬)。
軋制機架3具有至少工作軋輥4，如圖1中為一個軋制機架3所示出的，通常還具有支撐軋輥5。其還可以具有更多的軋輥，例如可軸向移動的中間軋輥。
由控制計算機2為機架調(diào)節(jié)器6預先給定用于沒有示出的剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置的額定值。然后，機架調(diào)節(jié)器6按照預定的額定值調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)裝置。
通過該額定值每個軋制機架3輸出端的軋制縫隙變化受到影響，該軋制縫隙變化設置在工作軋輥4之間。輸出端的軋制縫隙變化對應于金屬帶1在輸出端的輪廓變化J。因此，用于調(diào)節(jié)裝置的額定值必須這樣確定，使得產(chǎn)生這種軋制縫隙變化。
輸入控制計算機2的輸入量例如包括出鐵口計劃數(shù)據(jù)(如金屬帶1的輸入厚度h0)以及對每個軋制機架3的總軋制力(下面簡稱為軋制力)FW和出鐵口下降r。通常還包括最終厚度hn、額定剖面值、額定最終輪廓變化JT和所希望的表面均勻性sT。多數(shù)情況下軋制出的金屬帶1應該盡可能地平坦。即控制計算機2通過從輸入給它的并在輸入和輸出端描述金屬帶1的輸入量中確定出額定值。
按照圖2a，金屬帶1在帶寬方向z上通常具有不完全均勻的帶厚h0。因此，除了帶厚h0之外通常這樣定義在帶寬方向z上的輪廓變化J，即，從當前的、在帶寬方向z的各個位置上的現(xiàn)有帶厚中減去金屬帶1中間的帶厚。這種輪廓變化J例如在圖2b中示出。
此外，通常金屬帶1在軋制之后在理想的情況下應是絕對平坦的，如圖3a中示意地示出的那樣。但是，如圖3b和3c示出的那樣，金屬帶1經(jīng)常具有偏差。導致這種偏差的原因是在帶寬方向z上的內(nèi)部張力差，其由在帶寬上不均勻的軋制造成。
即使金屬帶1沒有偏差，在多數(shù)情況下也存在內(nèi)部張力差。一個表征金屬帶1中內(nèi)部張力分布的、在帶寬方向z上的函數(shù)在下面被稱為表面均勻性變化s。
因此，應在軋制機架3中盡可能地這樣確定額定軋制縫隙變化，使金屬帶1達到所希望的最終軋制量。因此，控制計算機2根據(jù)計算機程序產(chǎn)品2′實現(xiàn)多個共同作用的塊。對此將在下面結(jié)合圖4詳細描述。
按照圖4，在控制計算機2中通過計算機程序產(chǎn)品2′實現(xiàn)工作軋輥扁率模型8、軋輥彎曲模型9、軋輥溫度和磨損模型10以及額定值確定器11。該工作軋輥扁率模型8、軋輥彎曲模型9、軋輥溫度和磨損模型10共同構(gòu)成軋制變形模型7。此外，控制計算機2中通過計算機程序產(chǎn)品2′實現(xiàn)了輪廓確定器12和帶變形模型13。
輪廓確定器12是與機列有關(guān)的。按照圖5，對于每個軋制機架3其具有一個(針對機架的)表面均勻性估計器14。對每個表面均勻性估計器14引入輸入和輸出輪廓變化J和輸入表面均勻性變化s。在各軋制機架3之間的輪廓變化J最先僅是臨時的。隨后，如果必要，它們將被修改。此外，向每個表面均勻性估計器14輸入下列與機架有關(guān)的量-進入帶寬和進入帶厚，-在每個軋制機架3之前的輸入帶特性σ0和之后的輸出帶特性σ1，-工作軋輥4的半徑和工作軋輥4的彈性模型，-軋制力FW和出鐵口下降r，以及-摩擦系數(shù)κX、κZ。
表面均勻性估計器14在線確定在每個軋制機架3輸出處在帶寬方向z上對預期的表面均勻性變化s的估計。因此，對于該在最前面的軋制機架3之后的軋制機架3的表面均勻性變化s，總是可以在設置在前面的表面均勻性估計器14已經(jīng)確定了在其所屬的軋制機架3的輸出處對表面均勻性變化s的估計之后才進行確定。對于表面均勻性估計器14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)下面還要詳細涉及。
在檢驗塊15中驗證所確定的表面均勻性變化s是否符合規(guī)定。特別是驗證所確定的表面均勻性變化s是否處于下邊界su和上邊界so之間。在此，對于最后的軋制機架3的下邊界和上邊界su、so規(guī)定了所希望的表面均勻性變化sT。
如果所確定的表面均勻性變化s偏離了邊界su、so，則在修改塊1 6中改變輪廓變化J。在此，在第一軋制機架3之前的輪廓變化J0和在最后的軋制機架3之后應該達到的輪廓變化JT沒有改變。改變的輪廓變化J再次被送至該表面均勻性估計器14，其然后重新對該軋制機架3之后的表面均勻性變化s進行計算。而如果表面均勻性變化s符合規(guī)定，則將確定的輪廓變化J按照圖4送至帶變形模型13。
表面均勻性估計器14被重復地調(diào)用。這是可能的，因為為了能夠在線進行這種迭代，表面均勻性估計器14可以足夠迅速地確定對表面均勻性變化s的估計。
按照圖4，由函數(shù)發(fā)生器17預先給定在第一軋制機架3輸入端的輪廓變化J0和對應的表面均勻性變化s0。即，將有關(guān)的變化J0、s0獨立于金屬帶1的相應實際起始變化預先給定。這是可能的，因為在具有至少五臺軋制機架3的鋼生產(chǎn)線中兩種變化J0、s0都是非臨界的。典型地例如可以將起始輪廓變化J0作為在帶寬方向z上的平方函數(shù)預先給定，使得在帶邊沿的帶厚d比帶中間的小1％?？梢约僭O在第一軋制機架3輸入端的表面均勻性變化s0為零。在用于非鐵金屬(鋁、銅、…)的軋制機列中，甚至可以在三臺軋制機架3的情況下兩種變化J0、s0都是非臨界的。作為替換，自然也可以借助于測量設備采集軋制機列輸入端的實際輪廓變化和表面均勻性變化J0、s0，并輸入到輪廓確定器12和帶變形模型13。
按照圖4，將定的輪廓變化J送至帶變形模型13，以便為單個軋制機架3確定在帶寬方向z上的軋制力變化fR(z)。帶變形模型13與機列相關(guān)。按照圖6，它被劃分為多個材料流模型18，其中每個材料流模型18與一個軋制機架3對應。對每個材料流模型18輸入與對應的表面均勻性估計器14相同的量。
材料流模型18在線地為在軋制縫隙中的金屬帶1的物理特性建立模型。這點將在下面結(jié)合圖7至11詳細地解釋。
按照圖7，金屬帶1在軋制機架3中沿軋制方向x從軋制縫隙出現(xiàn)在有效的軋制縫隙長度lp上被軋制。按照圖7坐標系的原點位于帶中間平面19上。該帶中間平面19平行于軋制方向x并平行于帶寬方向z延伸。在帶中間平面19的上部和下部金屬帶1沿帶厚方向y延伸。
金屬帶1在軋制縫隙中的特性可以通過差分方程和代數(shù)方程的方程組來描述。特別是該方程組描述了金屬帶1在軋制縫隙中的流體特性，如在下列R.E.Johnson的論文“Shape Forming and Lateral Spread in Sheet Rolling”，Int.J.Mach.Sci.33(1991)，第449至469頁中的公式中描述的那樣。
在這些方程中例如可以假設，在軋制方向上的摩擦系數(shù)κX為常數(shù)，而在帶寬方向z上的摩擦系數(shù)κZ是一個非常數(shù)的函數(shù)。
為了減少計算開銷還可以考慮給定或者假設的對稱。尤其例如可以假設金屬帶1和輸入量(特別是輸入輪廓變化J0和輸入表面均勻性變化s0)在帶寬方向z上對稱。不過，也可以容易地這樣設置材料流模型18，使得其也包括非對稱的情況。
此外，可以對方程組進行變換。特別是可以這樣變換方程，使得所有變量和參數(shù)無因次。這點同樣已經(jīng)在上述Johnson的論文中公開了。
此外，同樣與Johnson的一致，利用這樣的狀態(tài)，即有效軋制縫隙長度lp遠大于輸入帶厚h0的一半。即，軋制縫隙比δ遠小于1。由此，可以針對軋制縫隙比δ將方程(或其無因次修改后的相應物)展開，其中僅僅考慮軋制縫隙比δ中的主要項。
此外，還可以采用其它簡化的假設。如可以假設，流體張力 為常數(shù)。最后還可以在材料流模型18的范圍內(nèi)僅僅考慮金屬帶1的塑性變形。如果涉及的是熱軋制的金屬帶1，則這點尤其允許。
利用這些簡化可以將方程變換為單個的、部分差分方程以及所屬的邊界條件，其中包括作為變量的無量綱的軋制壓力。差分方程的系數(shù)隨位置變化。該部分差分方程的可能特征同樣在提到的Johnson的論文中給出，即在論文的第457頁的第54方程給出。
在利用有限體積方法的條件下，該差分方程被離散化。即，該差分方程僅僅在支撐位置20上被定義。在圖8中示意地示出了這些支撐位置20。在圖8中還舉例標出了兩個有限體積。
從圖8中可以看出，支撐位置20的分布是不均勻的。因為支撐位置20盡管在軋制方向x上是均勻分布的，但是在帶寬方向z上朝向帶邊沿比在帶中間區(qū)域則設置得相互更近。
通過該部分差分方程的有限體積離散化，該部分差分方二程被變換為在所謂的稀疏系統(tǒng)中的線性代數(shù)方程，其解可以借助于雙共軛梯度方法數(shù)值地計算得出。這種方程的數(shù)值求解例如在下列文獻中進行了描述Y.SaabIterative Methods for Spare Linear Systems，PWS Publishing Company(1996)，或R.Barrett，M.Berry，T.F.Chan，J.Demmel，J.Donato，J.Dongarra，V.Eijkhout，R.Pozo，C.Romine and H.van der VorstTemplates for the Solution ofLinear SystemsBuilding Blocks for Iterative Methods，Software-Evironments-Tools，SIAM(1994)。
由此，通過求解部分差分方程或者代數(shù)方程組，由材料流模型18為每個軋制機架3依次確定壓力分布p(x，z)或者軋制力FW的兩維分布p(x，z)。在此，方向在軋制方向x上和在帶寬方向z上伸展。所確定的二維分布p(x，z)的一個例子在圖9中示出。
從軋制力FW的兩維分布p(x，z)可以通過在軋制方向x上的積分確定在帶寬方向z上的軋制力分布fR(z)。在圖10中示出了這種軋制力變化fR的例子。
通過回代從壓力變化p(x，z)中確定金屬帶1的輸出速度的變化。由此，通過求解代數(shù)方程組也給出了在每個軋制機架3的輸出端在帶寬方向z上預期的表面均勻性變化s。圖11示出了一個這種預期的表面均勻性變化s(z)的例子。
工作軋輥4至金屬帶1的扁率關(guān)鍵取決于在帶寬方向z上的軋制力變化fR(z)。因此，按照圖4將所確定的軋制力變化fR(z)送至工作軋輥扁率模型8。此外，按照圖12將多個標量參數(shù)輸入工作軋輥扁率模型8。這些標量參數(shù)尤其包括帶寬、帶輸入厚度、出鐵口下降、軋制力FW、工作軋輥半徑和工作軋輥4的表面彈性模型。
工作軋輥扁率模型8例如是由K.L.Johnson的專業(yè)著作ContactMechanics”，Cambridge University Press，1995中公開的。從中按照公知的方式確定在帶寬方向z上工作軋輥4至金屬帶1的扁率變化。該扁率變化被傳遞給額定值確定器11。
軋輥溫度和磨損模型10也是公知的，例如在Vladimir B.Ginzburg的專業(yè)書籍“High Quality Steel Rolling-Theory and Practice”，Marcel DekkerInc.，New York，Basel，Hongkong，1993中公開的。對該模型以公知的方式預先給定金屬帶1的數(shù)據(jù)、軋制數(shù)據(jù)、軋制冷卻數(shù)據(jù)、軋制力FW和軋制速度v。金屬帶1的數(shù)據(jù)例如包括帶寬、輸入厚度、出鐵口下降、金屬帶1的溫度和溫度特性。軋制數(shù)據(jù)例如包括軋制球體和軋制輥頸的幾何形狀以及溫度特性和關(guān)于軋制軸承的信息。
借助于軋輥溫度和磨損模型10為各軋制機架3的所有軋輥4，5確定溫度輪廓(溫度頂部)和磨損輪廓。因為軋輥4，5的溫度和磨損隨時間變化，必須一再調(diào)用軋輥溫度和磨損模型10，特別是以有規(guī)律的時間間隔調(diào)用。兩次調(diào)用之間的間隔通常處于1和10秒之間，例如3秒。
軋制溫度和磨損除了其它之外也取決于軋制力變化fR。盡管如此，按照圖4和圖13由材料流模型18確定的軋制力變化fR并不輸入到軋輥溫度和磨損模型10，因為盡管存在軋制力變化fR的影響，但其相對小。原則上自然也可以將軋制力變化fR輸入到軋輥溫度和磨損模型10。
按照圖4和14，由軋輥溫度和磨損模型10確定的溫度和磨損輪廓被輸入到軋輥彎曲模型9。另外，對軋輥彎曲模型9還輸入軋輥4和5的幾何數(shù)據(jù)、軋制力FW、反彎曲力(Rueckbiegekraft)以及必要時的軋輥移動。軋輥數(shù)據(jù)尤其包括軋輥4、5的幾何數(shù)據(jù)(包括可能的基本研磨)、軋輥芯和軋輥殼的彈性模型，而且是對于軋制機架3的所有軋輥4、5。
軋輥彎曲模型9同樣是公知的，例如見已經(jīng)提到的Vladimir B.Ginzburg的專業(yè)書籍。軋輥彎曲模型9以公知的方式對每個軋制機架3確定所有的彈性變形(工作軋輥4至金屬帶1的彈性扁率例外)，即，彎曲和扁率。
這樣確定的工作軋輥彎曲輪廓也取決于在帶寬方向z上的軋制力變化fR。盡管如此，按照圖4和14軋制力變化fR并不輸入到軋輥彎曲模型9。這是可能的，因為下列假設通常是足夠精確的，即假設在帶寬方向z上的軋制力變化fR在軋輥彎曲模型9中為均勻的或者至少在中間是均勻的并至邊沿下降為零。在此，原則上也可以將由材料流模型18計算的軋制力變化fR輸入到軋輥彎曲模型9。
按照圖4，將由軋輥彎曲模型9和軋輥溫度和磨損模型10確定的輪廓送至額定值確定器11。最后還將帶寬厚變化J送至額定值確定器11。由此，額定值確定器11可以為每個軋制機架3通過建立在輸出輪廓變化J和所確定的軋輥4、5的扁率和變形之間的差來確定，哪些剩余軋輥輪廓還必須通過剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置實現(xiàn)。由此，額定值確定器11可以公知的方式，例如通過平方誤差最小化確定對于剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置的額定值并傳送至機架調(diào)節(jié)器6。
軋制機架3的輸出側(cè)軋輥縫隙輪廓可以由不同的執(zhí)行器或者調(diào)節(jié)裝置施加影響。例如軋輥反彎曲、在CVC軋輥中的軸向軋輥移動和工作軋輥4的縱向扭轉(zhuǎn)，即在軋輥4的一個位置上不再精確地平行取向(所謂對交叉，pair crossing)。也可以考慮僅僅局部起作用的軋輥加熱或冷卻。額定值確定器11可以為所有調(diào)節(jié)裝置確定額定值。
上面假設了，帶變形模型13僅在有限的范圍內(nèi)可以在線工作。特別是假設了不可能迭代地運行材料流模型18。只有在這種情況下才要求輪廓確定器12。因為表面均勻性估計器14必須能夠?qū)τ诿總€軋制機架3多次調(diào)用，以便確定正確的輪廓變化J。反之，如果材料流模型18具有迭代能力，則可以通過材料流模型18共同并同時地確定輪廓變化J、軋制力變化fR(z)和剖面變化s。
如果需要表面均勻性估計器14，則它們構(gòu)成為從材料流模型18中通過關(guān)于位置分布的輸入和輸出量的簡化假設而導出的近似裝置(Approximator)。例如，輪廓和表面均勻性變化J、s在表面均勻性估計器14的范圍內(nèi)由在帶寬方向z上的較低階數(shù)的多項式描述。這使得(在表面均勻性估計器14范圍內(nèi))在足夠的精確度下將近似裝置的標量輸入和輸出量的數(shù)目減小到必要的最小值。多項式優(yōu)選地是四階或六階對稱多項式。
此外，在這種情況下表面均勻性估計器14與材料流模型18相反，不是物理模型。例如，其可以是在用于控制計算機2之前被訓練的、具有學習功能的工具。在此，該訓練可以離線或者在線進行。例如，表面均勻性估計器14可以作為神經(jīng)元網(wǎng)絡或者作為支持向量模型構(gòu)成。
優(yōu)選地，根據(jù)所軋制的金屬帶1以及其實際(測量的)輪廓變化J′和其實際的表面均勻性變化s′對材料流模型18進行修正。特別是可以對應于圖15將由材料流模型18所確定的預期輪廓變化J和金屬帶1的實際輪廓變化J′送至校正值確定器21。
校正值確定器21可以例如根據(jù)所期望的與實際的輪廓變化J、J′之間的差值改變摩擦系數(shù)κX、κZ中的一個或者兩者，即改變確定摩擦系數(shù)κZ的函數(shù)變化的參數(shù)。作為替換或者附加地也可以通過比較預期的表面均勻性變化s和實際的表面均勻性變化s′來改變參數(shù)。
借助于本發(fā)明的確定方法和所屬的裝置，尤其將在如今表面均勻性調(diào)節(jié)中的啟發(fā)式的關(guān)系通過具有在線能力的數(shù)學-物理材料流模型18置換，該模型為在軋制縫隙中出現(xiàn)的變形過程建立模型。由此，可以明顯地改善輪廓變化及表面均勻性控制和調(diào)節(jié)的特性，如精確度、可靠性和一般的可用性。此外，明顯減少了(在投入運行期間和在正常運行期間)對于手動干預的需求。
權(quán)利要求
1.一種用于確定軋制機架(3)的剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置的額定值的計算機輔助方法，其中，該軋制機架(3)至少具有用于軋制在帶寬方向(z)上延伸的金屬帶(1)的工作軋輥(4)，其中，-向材料流模型(18)輸入描述通過軋制機架(3)之前和之后的金屬帶(1)的輸入量(J，s)，-所述材料流模型(18)至少在帶寬方向(z)上在線地確定至少一個軋制力變化(fR(z))，并將其輸入到軋制變形模型(7)，-所述軋制變形模型(7)在引入該軋制力變化(fR(z))的條件下確定產(chǎn)生的軋制變形，并將其送入額定值確定器(11)，和-所述額定值確定器(11)根據(jù)所確定的軋制變形和輸出端的輪廓變化(J)確定剖面和表面均勻性調(diào)節(jié)裝置的額定值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)確定軋制力(FW)的兩維分布(p(x，z))，其中，一個方向在軋制方向(x)上延伸，另一個方向在帶寬方向(z)上延伸，以及所述材料流模型(18)通過對在軋制方向(x)上軋制力(FW)的分布(p(x，z))進行積分來確定在帶寬方向(z)上的軋制力變化(fR)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的確定方法，其特征在于，所述金屬帶(1)和輸入量(J，s)在帶寬方向(z)上對稱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的確定方法，其特征在于，所述輸入量(J，s)包括起始輪廓變化(J)、終止輪廓變化(J)和起始表面均勻性變化(s)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)根據(jù)至少一個數(shù)學物理差分方程確定在帶寬方向(z)上的軋制力變化(fR)，該差分方程描述在軋制縫隙中金屬帶(1)的流體特性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的確定方法，其特征在于，所述金屬帶(1)在軋制機架(3)中沿軋制方向(x)從軋制縫隙起始處通過一個有效的軋制縫隙長度(lp)被軋制，以及軋制縫隙比(δ)遠遠小于1，其中，該軋制縫隙比(δ)是進入的帶厚(h0)的一半與有效軋制縫隙長度(lp)的比值。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的確定方法，其特征在于，所述至少一個差分方程僅考慮軋制縫隙比(δ)的主要項。
8.根據(jù)權(quán)利要求5、6或7所述的確定方法，其特征在于，這樣構(gòu)造所述至少一個差分方程，使得所有變量和參數(shù)無量綱。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項所述的確定方法，其特征在于，將所述至少一個差分方程在軋制方向(x)上和帶寬方向(z)上的支撐位置(20)處進行定義，而這些支撐位置(20)是不均勻地分布的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的確定方法，其特征在于，所述支撐位置(20)在軋制方向(x)上是均勻分布的。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的確定方法，其特征在于，所述支撐位置(20)在帶寬方向(z)上朝向帶邊沿的設置比在帶中間區(qū)域的設置相互間更近。
12.根據(jù)權(quán)利要求5至11中任一項所述的確定方法，其特征在于，在所述至少一個差分方程中輸入一個在軋制方向(x)上的摩擦系數(shù)(κX)和一個在帶寬方向(z)上的摩擦系數(shù)(κZ)，該在軋制方向(x)上的摩擦系數(shù)(κX)是常數(shù)，而在帶寬方向(z)上的摩擦系數(shù)(κZ)是一個非常數(shù)函數(shù)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，所述金屬帶(1)具有流體張力，該流體張力在所述材料流模型(18)范圍內(nèi)被認為是常數(shù)。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)僅考慮金屬帶(1)的塑性變形。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，所述材料流模型(18)還確定在帶寬方向(z)上預期的在輸出端的金屬帶(1)的表面均勻性變化(s)。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，所述軋制變形模型(7)具有一個工作軋輥扁率模型(8)和一個軋制剩余變形模型，借助于該工作軋輥扁率模型(8)確定工作軋輥(4)至金屬帶(1)的扁率變化，而借助于軋制剩余變形模型確定軋制機架(3)的軋輥(4，5)的剩余變形，并且將軋制力變化(fR(z))僅送至工作軋輥扁率模型(8)。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的確定方法，其特征在于，根據(jù)所軋制的金屬帶(1)修正所述材料流模型(18)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的確定方法，其特征在于，根據(jù)金屬帶(1)的實際輪廓變化(J′)和按照所述材料流模型(18)的期望輪廓變化(J)和/或根據(jù)金屬帶(1)的實際表面均勻性變化(s′)和按照所述材料流模型(18)的期望表面均勻性變化(s)，改變摩擦系數(shù)κX、κZ中的至少一個。
19.一種用于確定在第一和最后軋制過程之間的金屬帶(1)的中間量(θ，s)的計算機輔助方法，其中，-向控制計算機(2)輸入描述第一個軋制過程之前和最后一個軋制過程之后的金屬帶(1)的輸入量(J0，s0，JT)，-所述控制計算機(2)確定所述中間量(J，s)，-每個軋制過程在一個軋制機架(3)中進行，而所述中間量(J，s)對于每個軋制過程至少部分地用于實施根據(jù)上述利要求中任一項所述的確定方法。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的確定方法，其特征在于，所述中間量(J，s)包括輪廓變化(J)和表面均勻性變化(s)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的確定方法，其特征在于，將在每兩個時間上直接相繼跟隨的軋制過程之間的所述表面均勻性變化(s)與首先實施的軋制過程的軋制力變化(fR(z))一起確定。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的確定方法，其特征在于，將在每兩個時間上直接相繼跟隨的軋制過程之間的所述輪廓變化(J)與首先實施的軋制過程的軋制力變化(fR(z))一起確定。
23.根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的確定方法，其特征在于，在確定首先實施的軋制過程的軋制力變化(fR(z))之前確定在每兩個時間上直接相繼跟隨的軋制過程之間的所述輪廓變化(J)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的確定方法，其特征在于，在一個輪廓確定器中確定所述輪廓變化(J)，該輪廓確定器對每個待確定的輪廓變化(J)具有一個表面均勻性估計器(14)，該表面均勻性估計器(14)的輸入量對應于相應的材料流模型(18)的輸入量，而作為輸出量的是對軋制過程之間的表面均勻性變化(s)的估計。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的確定方法，其特征在于，所述表面均勻性估計器(14)的輸入和輸出量(J，s)通過在帶寬方向(z)上的較低階數(shù)的多項式或者在帶寬方向(z)上的樣條進行描述。
26.一種用于實施根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的確定方法的計算機程序產(chǎn)品。
27.一種利用根據(jù)權(quán)利要求26所述的計算機程序產(chǎn)品(2′)編程的、用于具有至少一臺軋制機架(3)的軋制機列的控制計算機。
28.一種由根據(jù)權(quán)利要求27所述的控制計算機控制的軋制機列。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的軋制機列，其特征在于，所述軋制機列構(gòu)成為用于鋼帶或者鋁帶的熱軋機列。
30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的軋制機列，其特征在于，所述軋制機列構(gòu)成為多軋制機架的軋制機列。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的軋制機列，其特征在于，所述軋制機列具有至少三臺軋制機架(3)，并且所述控制計算機(2)這樣編程，其在軋制機列的每個軋制機架(3)上使用根據(jù)上述利要求1至18中任一項所述的確定方法。
全文摘要
向材料流模型(18)輸入描述通過軋制機架(3)之前和之后的金屬帶(1)的輸入量(J，s)。該材料流模型(18)在帶寬方向(z)上在線地確定軋制力的變化(f
文檔編號B21B1/22GK1642667SQ03806167
公開日2005年7月20日 申請日期2003年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月15日
發(fā)明者約翰尼斯·萊因施克, 弗里德曼·施密德, 馬科·米爾 申請人:西門子公司