專利名稱：：周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法及控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于軋制
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法及控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：張力是軋制周期性變厚度帶材的一個重要參數(shù)，合理設(shè)定并有效控制張力值，盡可能減少周期性軋制過程中在各個區(qū)段內(nèi)張力的波動，對軋制過程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品的質(zhì)量有重要影響。張力具有降低軋制力、加大道次壓下量、防止軋件跑偏、改善板形等方面的有利作用。由于變厚度帶材的軋制過程中厚區(qū)、薄區(qū)及過渡區(qū)軋件的厚度和軋制條件不同，因此，各區(qū)設(shè)定的張力值也不相同；在軋制過程中需要周期性地不斷改變張力，這就為張力控制增加了難度。周期性變厚度帶材軋制過程中的張力控制要求穩(wěn)態(tài)精度高，響應(yīng)快速，真實性高；而現(xiàn)有的張力控制方法是一種開環(huán)控制方式，即通過控制開巻機(jī)、巻取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩來間接實現(xiàn)對張力的控制，因此，現(xiàn)有的張力控制方法不能滿足周期性變厚度帶材軋制過程中對張力的控制要求。
發(fā)明內(nèi)容-針對現(xiàn)有的張力控制方法不能滿足周期性變厚度帶材軋制過程中對張力控制要求的問題，本發(fā)明提供一種可滿足周期性變厚度帶材軋制過程中對張力控制要求的張力控制方法及控制系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法，包括如下步驟步驟一在軋件上對周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)進(jìn)行分段；步驟二設(shè)定周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)的前、后張力值；步驟三通過控制系統(tǒng)的巻徑測量儀測量當(dāng)前的帶材巻徑，再根據(jù)步驟二中設(shè)定的張力值確定當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，實現(xiàn)基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制；同時，通過張力計檢測的張力值與步驟二中設(shè)定的張力值相比較，得到張力的偏差，實現(xiàn)張力的閉環(huán)控制，確定張力轉(zhuǎn)矩的附加量；并通過電動機(jī)加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)和機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)對動態(tài)轉(zhuǎn)矩及機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，確定張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量；最后，通過對開環(huán)控制中的當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值、閉環(huán)控制中的張力轉(zhuǎn)矩的附加量以及補(bǔ)償環(huán)節(jié)中的張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量進(jìn)行累加，確定最終的張力轉(zhuǎn)矩；步驟四將步驟三中確定的最終的張力轉(zhuǎn)矩送入傳動控制系統(tǒng)，由傳動控制系統(tǒng)通過對開巻機(jī)、巻取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩的控制實現(xiàn)對張力的控制；同時，對開巻機(jī)、巻取機(jī)進(jìn)行速度設(shè)定，并將設(shè)定的速度值送入傳動控制系統(tǒng)。步驟二中所述的周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)的前、后張力值依下式設(shè)定a)軋制薄區(qū)時的前張力TB1=TB1*6*/^，其中，前張應(yīng)力:b)軋制薄區(qū)時的后張力TBo=TB()+;^，其中，后張應(yīng)力:c)軋制厚區(qū)時的前張力TH1=TH1*6*/to，其中，前張應(yīng)力:d)軋制厚區(qū)時的后張力Thq^Thq4"別，其中，后張應(yīng)力:e)軋制過渡區(qū)時的前張力TBi=0.15-0.25os;TB0=0.15-0.30os;TH1=0.10-0.20os;THo=0.05-0.20os;f)軋制過渡區(qū)時的后張力:『Gl=;+丁X一)&0=T別+了X(r〃o-『50)其中，6為帶材的寬度，Aw、A朋分別為薄區(qū)軋制前、后帶材的厚度，/^、A別分別為厚區(qū)軋制前、后帶材的厚度，os為材料變形抗力，/為過渡區(qū)的總長度，/,為已軋制的過渡區(qū)的長度，由出口測長輥測得。步驟三中所述的實現(xiàn)基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制中，當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值依下式確定2z其中，il^為張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，單位N.m;r為帶材張力，單位kN;D為帶材直徑，單位m;Z為巻取機(jī)的電動機(jī)減速比。步驟三中所述的電動機(jī)加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，電動機(jī)加、減速時張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量依下式確定—，(Z)4-WJ0+5*32./其中，il^為加、減速時張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量，單位N.m;a為加速度，單位rad/Z;D為帶材直徑，單位m;D。為帶材最小直徑，單位m;/。為折算到電動機(jī)軸上的電動機(jī)固定轉(zhuǎn)動慣量，單位；^m2;B為帶材寬度，單位m;p為帶材密度，單位&/m3;/為巻取機(jī)電動機(jī)減速比。'步驟三中所述的機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，機(jī)械摩'擦張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量依下式確定M,=C0+qW+C2v+C3v2+C4v3+C5v4其中，M,為機(jī)械摩擦張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量，單位N.m;C。、C。C2、C3、C4、q為多項式的擬合系數(shù)，v為巻取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。步驟四中所述的對開巻機(jī)、巻取機(jī)進(jìn)行速度設(shè)定的具體過程如下.A、根據(jù)不同厚度下的超前率和滯后率的層別表，.利用線性插值法確定過渡區(qū)的超前率和滯后率，所述的不同厚度下的超前率和滯后率的層別表如下-表1不同厚度下的超前率、滯后率層別表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>所述的利用線性插值法確定過渡區(qū)的超前率和滯后率的公式如下-仏,、其中，"為超前率，"為滯后率，/^為軋制過渡區(qū)的當(dāng)前厚度值，H。、H,為兩個相鄰層別的厚度值，a。、A為兩個相鄰層別的超前率，A、A為兩個相鄰層別的滯后率；B、根據(jù)步驟A中確定的過渡區(qū)的超前率和滯后率設(shè)定開巻機(jī)和巻取機(jī)的速度，其速度依下式確定~_。#，,=乙(卜/0)(卜")-7。其中，^為開巻機(jī)設(shè)定的線速度，F(xiàn)TCTSto)，,為巻取機(jī)設(shè)定的線速度，F(xiàn)^為軋機(jī)設(shè)定的線速度，/0為后滑率，/l為前滑率，"為超前率，》為滯后率，F(xiàn)。為靜態(tài)建張速度附加量。所述的周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法所采用的控制系統(tǒng)，包括軋機(jī)，在軋機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)置有左巻取機(jī)、右?guī)喨C(jī)，在左巻取機(jī)與軋機(jī)之間設(shè)置有左測長輥，在右?guī)喨C(jī)與軋機(jī)之間設(shè)置有右測長輥；在軋機(jī)的左、右兩側(cè)分別設(shè)置有用于測量帶材厚度的左測厚儀、右測厚儀；在左巻取機(jī)、右?guī)喨C(jī)上分別設(shè)置有用于測量軋制過程中巻取機(jī)上帶巻直徑的巻徑測量儀；在軋機(jī)上設(shè)置有用于測量周期軋制時軋制力的軋制力傳感器、內(nèi)置位移傳感器的液壓缸，所述的液壓缸的位移傳感器用于測量軋機(jī)的輥縫；在左測長輥、.右測長輥的下面分別設(shè)置有用于檢測軋制過程中帶材實際張力的張力計；在左測長輥、右測長輥的軸頭上分別設(shè)置有用于測量測長輥轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖編碼器；所述的左測厚儀、右測厚儀、巻徑測量儀、軋制力傳感器、液壓缸的位移傳感器、張力計及脈沖編碼器分別與計算機(jī)控制系統(tǒng)相連。為了在巻徑測量儀出現(xiàn)故障不能正常工作時，仍能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在本發(fā)明的系統(tǒng)中還設(shè)置有兩個巻取機(jī)編碼器，兩個巻取機(jī)編碼器分別設(shè)置在巻取機(jī)的電機(jī)端，用于參與巻取機(jī)的巻徑計算。本發(fā)明的有益效果1、常規(guī)軋制時通常采用層數(shù)累加的方式計算巻徑，其計算公式如下其中，"。為初始巻徑，單位咖，￡>為當(dāng)前巻徑,單位rrnn，/為帶材厚度，單位mm,7Vm為巻取機(jī)電動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/s，z'為巻取機(jī)電動機(jī)的減速比，A為帶材的巻緊系數(shù)。但在周期性變厚度軋制時厚區(qū)、薄區(qū)及過渡區(qū)的帶材厚度變化較大，即每圈所累積的巻徑增量不一致，而且厚區(qū)、薄區(qū)及過渡區(qū)的帶材圈數(shù)并不是單位圈數(shù)的整數(shù)倍。另外，當(dāng)帶材厚度周期薄厚變化時巻緊系數(shù)難以選取。因此，采用層數(shù)累加方式計算帶材巻徑誤差較大，這將會影響張力的控制精度。而本發(fā)明采用了上置式巻徑測量儀，由巻徑測量儀直接對帶材的巻徑進(jìn)行測量，這就避免了現(xiàn)有的層數(shù)累加的方式計算巻徑對張力控制精度的影響。2、本發(fā)明為了有效防止軋制時總張力不至于導(dǎo)致薄區(qū)發(fā)生塑性變形，采用了基于張力計檢測的張力閉環(huán)控制。除此之外，在基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制時，還考慮了電動機(jī)加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償和機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，提高了張力控制的精度，使張力控制精度達(dá)到恒速時張力偏差值波動在設(shè)定值的±1.2%，加、減速過程中張力偏差值波動在設(shè)定值的±2.4%。圖1是本發(fā)明的張力控制方法的程序流程圖；圖2是本發(fā)明的張力控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖3是對軋件進(jìn)行分段的示意圖4是變厚度軋制過程中各區(qū)張力設(shè)定值的示意圖5是巻徑測量儀測量巻徑的示意其中，圖2中，l一過程控制計算機(jī)，2—人機(jī)界面計算機(jī)，3—計算機(jī)控制系統(tǒng)，4一液壓缸，5—巻徑測量儀，6—右?guī)喨C(jī)，7—脈沖編碼器，8—右測長輥，9一右測厚儀，10—左測厚儀，ll一張力計，'12—軋機(jī)，13—軋制力傳感器，14—左測長輥，15—巻取機(jī)編碼器，16—左巻取機(jī)。具體實施例方式.如圖1所示，一種周期性變厚度帶材軋制過程中^力的控制方法，包括如下步驟步驟一在軋件上對周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)進(jìn)行分段；如圖3所示，其中，Bl、B2、B3表示薄區(qū)段，Hl、H2、H3表示厚區(qū)段，G1G5表示過渡區(qū)段；Ldi為左測厚儀與軋機(jī)中心線的距離，Ld2為右測厚儀與軋機(jī)中心線的距離。變厚度軋制時張力的作用范圍總是會包含有薄區(qū)、厚區(qū)、過渡區(qū)，在同樣的總張力條件下，薄區(qū)的張應(yīng)力要比厚區(qū)大得多，因而張力的最大值應(yīng)不至于導(dǎo)致薄區(qū)發(fā)生塑性變形。步驟二設(shè)定周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)的前、后張力值；在軋件上同時存在厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)，各區(qū)的前、后張力的設(shè)定值構(gòu)成了變厚度軋制的張力制度，各區(qū)的俞、后張力的設(shè)定值隨時間的變化如圖4所示；其中，角標(biāo)B表示薄區(qū)段，角標(biāo)H表示厚區(qū)段，角標(biāo)G表示過渡區(qū)段，角標(biāo)O表示軋機(jī)入口側(cè)，角標(biāo)l表示軋機(jī)出口側(cè)。'為不失一般性，假設(shè)多道次變厚度軋制，來料也存在厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)。假設(shè)軋制前、后帶材的寬度6不變，按照以下方法設(shè)定各區(qū)的前、后張力值前張力r/=T7*6*&后張力rQ=TC*6'/z0其中，r/、"分別為前、后張應(yīng)力，&、^分別為軋制前、后帶材的厚度，考慮張力與材料變形抗力OS之間的關(guān)系，各區(qū)的張應(yīng)力和張力取值如下a)軋制薄區(qū)時的前張力TB1=TB1+^，其中，前張應(yīng)力TB1=0.15-0.25。s;b)軋制薄區(qū)時的后張力TBo=TBQ*6/^，其中，后張應(yīng)力TBQ=0.15-0.30os;C)軋制厚區(qū)時的前張力TH1=TH1+/to，其中，前張應(yīng)力TH1=0.10-0.20S;d)軋制厚區(qū)時的后張力THQ=TH()+fe。，其中，后張應(yīng)力THo=0.05-0.20。s;過渡區(qū)的張應(yīng)力和張力都是變化的，其設(shè)定的方法是在厚區(qū)張力和薄區(qū)張力之間按照線性插值確定，保證張力平穩(wěn)變化，插值方法如下e)軋制過渡區(qū)時的前張力『Gi=T別+丁X(T們—^81)f)軋制過渡區(qū)時的后張力其中，6為帶材的寬度，、；^分別為薄區(qū)軋制前、后帶材的厚度，Aw、A別分別為厚區(qū)軋制前、后帶材的厚度，os為材料變形抗力，/為過渡區(qū)的總長度，〔為已軋制的過渡區(qū)的長度，由出口測長輥測得。'步驟三通過控制系統(tǒng)的巻徑測量儀測量當(dāng)前的帶材巻徑，再根據(jù)步驟二中設(shè)定的張力值確定當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，實現(xiàn)基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制；同時，通過張力計檢測的張力值與步驟二中設(shè)定的張力值相比較，得到張力的偏差，實現(xiàn)張力的閉環(huán)控制，確定張力轉(zhuǎn)矩的附加量；并通過電動機(jī)加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)和機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)對動態(tài)轉(zhuǎn)矩及機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，確定張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量；最后，通過對開環(huán)控制中的當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值、閉環(huán)控制中的張力轉(zhuǎn)矩的附加量以及補(bǔ)償環(huán)節(jié)中的張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量進(jìn)行累加，確定最終的張力轉(zhuǎn)矩；'A、基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制根據(jù)力學(xué)原理，力矩M等于力r與力的作用線到回轉(zhuǎn)中心垂直距離i之積，艮P:M=r.i其中，r為作用在軋件上的張力，7為帶材的半徑；帶材的半徑在軋制過程中是變化的，其值由巻徑測量儀測得，如圖5所示，其中，帶材直徑0=2(L-Lo)。為了使張力按照圖4所示的張力制度得到控制，隨著巻徑的增大，為了保持相同的張力，張力轉(zhuǎn)矩要成比例增大。張力轉(zhuǎn)矩為帶材辦供張力，是張力開環(huán)控制最重要的一部分。將公式M:T.i轉(zhuǎn)化為電動機(jī)力矩公式，即張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值求取公式，如下'mt=r----.t2z-其中，iV^為張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，單位N.m;r為帶材張力，單位kN;Z)為帶材直徑，單位m;/為巻取機(jī)的電動機(jī)減速比。張力開環(huán)控制實質(zhì)上是一種對張力的前饋控制。B、電動機(jī)加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)在電力拖動系統(tǒng)啟動和制動過程中，都需要克服負(fù)載力矩和加速轉(zhuǎn)矩來實現(xiàn)。為了保持作用到帶材上的張力不變，必須消除軋線加、減速過程中對張力的影響。因此，力n、減速過程所需的額外轉(zhuǎn)矩要作為總力矩給定的一部分，以便實現(xiàn)張力恒定。以加速過程為例，對于巻取機(jī)來講，其動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量為正值，而對于開巻機(jī)來講，其動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量為負(fù)值。若動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償不到位，帶材張力就會產(chǎn)生相應(yīng)波動，嚴(yán)重時帶材出現(xiàn)過松或過緊現(xiàn)象，從而層間產(chǎn)生相對運(yùn)動。力口、減速力矩il^的計算公式，即張力轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償量的計算公式，如下"(d4-A4)32"其中，Md為加、減速時張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量，單位N.m;"為加速度，單位md"2;D為帶材直徑，單位m;^為帶材最小直徑，單位m;/。為折算到電動機(jī)軸上的電動機(jī)固定轉(zhuǎn)動慣量，單位:'紐W;S為帶材寬度，單位m;p為帶材密度，單位&/附3;!為巻取機(jī)電動機(jī)減速比；C、機(jī)梂摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)機(jī)械空轉(zhuǎn)、摩擦等是張力控制時需要克服的另一部分額外轉(zhuǎn)矩，通常是速度的函數(shù)。通過在各個轉(zhuǎn)速段現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)擬合出機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩^V與巻取機(jī)速度V之間的關(guān)系多項式為M,=C0+GW+C2v+C3v2+C4v3+C5v4其中，My為機(jī)喊摩擦轉(zhuǎn)矩，即機(jī)械摩擦張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量，單位N.m;C。、、C2、C3、C4、&為多項式的擬合系數(shù)，v為巻取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。'd、基于張力計檢測的張力閉環(huán)控制為了保證帶材實際張力盡可能接近張力的設(shè)定值，除了張力開環(huán)控制外，還需要配置張力閉環(huán)控制。張力的設(shè)定值與張力計反饋回來的實際張力按同一單位標(biāo)定后相比較，所得的張力偏差信號經(jīng)過pid控制器后的輸出量附加到開環(huán)張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值給定上，從而提高張力控制精度。步驟四將步驟三中確定的最終的張力轉(zhuǎn)矩送入傳動控制系統(tǒng)，由傳動控制系統(tǒng)通過對開巻機(jī)、巻取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩的控制實現(xiàn)對張力的控制同時，對開巻機(jī)、巻取機(jī)進(jìn)行速度設(shè)定，并將設(shè)定的速度值送入傳動控制系統(tǒng)。所述的對開巻機(jī)、巻取機(jī)進(jìn)行速度設(shè)定的具體過程如下'a、根據(jù)不同厚度下的超前率和滯后率的層別表，'利用線性插值法確定過渡區(qū)的超前率和滯后率，所述的不同厚度下的超前率和滯后率的層別表如下-表1不同厚度下的超前率、滯后率層別表厚度層別(mm)0.30.61.02.03.04.05.0超前率(％)0.150.170.180.200.220.240.26滯后率(％)0.140.160.170.190.190.200.21所述的利用線性插值法確定過渡區(qū)的超前率和滯后率的公式如下—仏,、其中，a為超前率，々為滯后率，/^為軋制過渡區(qū)的當(dāng)前厚度值，H。、A為兩個相鄰層別的厚度值，a。、a為兩個相鄰層別的超前率，A>、A為兩個相鄰層別的滯后率；b、根據(jù)步驟a中確定的過渡區(qū)的超前率和滯后率設(shè)定開巻機(jī)和巻取機(jī)的速度，其速度依下式確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中，r—。t^為開巻機(jī)設(shè)定的線速度，^為巻取機(jī)設(shè)定的線速度，1^為軋機(jī)設(shè)定的線速度，/0為后滑率，/l為前滑率，《為超前率，y8為滯后率，K。為靜態(tài)建張速度附加量。在對開巻機(jī)和巻取機(jī)進(jìn)行速度設(shè)定的過程中，提出動態(tài)變超前率或滯后率的方法是為了防止周期性變厚度帶材軋制時的失張現(xiàn)象。開巻機(jī)和巻取機(jī)在張力未建立時，傳動電機(jī)工作在速度環(huán)下；為了實現(xiàn)張力控制，開巻機(jī)和巻取機(jī)在帶材咬入后應(yīng)迅速切換到轉(zhuǎn)矩限幅控制。因此，開巻機(jī)和巻取機(jī)的速度設(shè)定滯后或超前帶材速度。這樣，開巻或巻取傳動的速度環(huán)就會很快飽和，并切換到轉(zhuǎn)矩限幅控制，此時帶材張力建立。下面舉例說明根據(jù)不同厚度下的超前率和滯后率的層別表，利用線性插值法確定過渡區(qū)的超前率和滯后率的過程例如軋制過渡區(qū)的當(dāng)前厚度值/^為0.5mm，則根據(jù)不同厚度下的超前率和滯后率的層別表有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>如圖2所示，所述的周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法所采用的控制系統(tǒng)，包括軋機(jī)12,在軋機(jī)12的兩側(cè)分別設(shè)置有左巻取機(jī)16、右?guī)喨C(jī)6，在左巻取機(jī)16與軋機(jī)12之間設(shè)置有左測長輥14，在右?guī)喨C(jī)6與軋機(jī)12之間設(shè)置有右測長輥8;在軋機(jī)12的左、右兩側(cè)分別設(shè)置有用于測量帶材厚度的左測厚儀10、右測厚儀9;在左巻取機(jī)16、右?guī)喨C(jī)6上分別設(shè)置有用于測量軋制過程中巻取機(jī)上帶巻直徑的巻徑測量儀5;在軋機(jī)12上設(shè)置有用于測量周期軋制時軋制力的軋制力傳感器13、內(nèi)置位移傳感器的液壓缸4，所述的液壓缸4的位移傳感器用于測量軋機(jī)12的輥縫；在左測長輥14、右測長輥8的下面分別設(shè)置有用于檢測軋制過程中帶材實際張力的張力計ll;在左測長輥14、右測長輥8的軸頭上分別設(shè)置有用于測量測長輥轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖編碼器7;所述的左測厚儀IO、右測厚儀9、巻徑測量儀5、軋制力傳感器13、液壓缸4的位移傳感器、張力計11及脈沖編碼器7分別與計算機(jī)控制系統(tǒng)3相連。為了在巻徑測量儀5出現(xiàn)故障不能正常工作時，仍能保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在本發(fā)明的系統(tǒng)中還設(shè)置有兩個巻取機(jī)編碼器15，兩個巻取機(jī)編碼器15分別設(shè)置在巻取機(jī)的電機(jī)端，用于參與巻取機(jī)的巻徑計算。所述的軋機(jī)12采用四輥可逆軋機(jī)，它由機(jī)架、輥系、傳動軸、齒輪機(jī)座、電機(jī)及減速機(jī)等部分組成。為了減少軋制力，增加道次壓下量，本發(fā)明使用較小的工作輥直徑，根據(jù)軋機(jī)寬度的不同，工作輥直徑可取為120300mm。所述的巻取機(jī)由電機(jī)、減速機(jī)、巻筒等部分組成，在實施可逆軋制時，軋機(jī)入口一側(cè)的巻取機(jī)作為開巻機(jī)，出口一側(cè)的作為巻取機(jī)。為了提高壓上速度，本發(fā)明采用快速響應(yīng)液壓缸4，液壓缸4的響應(yīng)頻率大于20Hz，以保證軋制過程中軋件運(yùn)行速度與壓上速度有合理的匹配關(guān)系。液壓缸4內(nèi)置位移傳感器，用來測量軋機(jī)的輥縫，其分辨率優(yōu)于0.002mm。所述的軋制力傳感器13用于測量周期軋制時的軋制力，通過實測軋制力計算軋機(jī)的彈性變形。由于厚區(qū)、薄區(qū)、過渡區(qū)的軋制力相差很大，可根據(jù)軋制力傳感器13發(fā)出的軋制力信號判定各個區(qū)域的范圍。根據(jù)軋機(jī)12工作輥寬度的不同，軋制力傳感器13的最大測量值可在330MN之間選擇。所述的測厚儀可選用x射線測厚儀或y放射性測厚儀；其測量范圍為0.1-5.0mm，分辨率優(yōu)于0.002mm。當(dāng)軋制方向為從左到右時，左測厚儀'10用于前饋控制，右測厚儀9用于反饋控制。當(dāng)軋制方向為從右到左時，左測厚儀10用于反饋控制，右測厚儀9用于前饋控制。所述的巻徑測量儀5的測量范圍為5002000mm，分辨率優(yōu)于0.2mm。所述的用于測量測長輥轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖編碼器7為高分辨率的脈沖編碼器，用于測量軋件的速度以實現(xiàn)對帶材的微跟蹤。通過記錄測長輥的轉(zhuǎn)數(shù)來計算軋機(jī)12入口和出口帶材軋過的長度，用作帶材各段區(qū)起點(diǎn)和長度的跟蹤。所述的巻取機(jī)編碼器15用于當(dāng)巻徑測量儀5出現(xiàn)故障時，結(jié)合脈沖編碼器7進(jìn)行巻徑計算，并對直接巻徑檢測進(jìn)行在線監(jiān)控。所述的計算機(jī)控制系統(tǒng)3由過程控制計算機(jī)1、人機(jī)界面計算機(jī)2和PLC控制系統(tǒng)組成。過程控制計算機(jī)1用于模型和軋制參數(shù)的設(shè)定人機(jī)界面計算機(jī)2用于軋制過程監(jiān)控及原始數(shù)據(jù)的輸入；PLC控制系統(tǒng)根據(jù)過程控制計算機(jī)1的設(shè)定值和以及人機(jī)界面計算機(jī)2的操作指令，對液壓缸4等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，同時對各傳感器的反饋信號進(jìn)行讀取和計算，完成相應(yīng)的閉環(huán)和開環(huán)控制功能。實施例1:本發(fā)明的系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如下采用650mm四輥可逆軋機(jī)，兩個張力計與軋機(jī)中心線的距離均為2000mm;巻徑測量儀的測量范圍為5001600mm，分辨率為O.lmm;張力計的測量范圍為0~300kN，測量精度指標(biāo)如下響應(yīng)時間小于0.01ms;非重復(fù)性小于額定輸出的±0.05%;滯后小于額定輸出的±0.10%;非線性小于額定輸出的±0.25%;溫度零偏小于滿量程的±0.005%/°<:;溫度溫度補(bǔ)償?shù)?00°C,最大工作溫度為150°C。來料狀況均一厚度，鋼種為IF，寬度500mm，厚度1.3mm;產(chǎn)品尺寸厚區(qū)厚度1.2mm,長300mm;過渡區(qū)長50mm;薄區(qū)厚度0.8mm，長300mm;軋制要求l道次完成；軋制速度設(shè)定厚度均一區(qū)段軋制速度1.0m/s;厚度過渡區(qū)段軋制速度0.35m/S;張力控制精度恒速時張力偏差值波動在設(shè)定值的±1.2%，力B、減速過程中張力偏差值波動在設(shè)定值的±2.4%。實施例2:本發(fā)明的系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)如下.采用650mm四輥可逆軋機(jī)，兩個張力計與軋機(jī)中心線的距離均為2000mm;巻徑測量儀的測量范圍為5001600mm，分辨率為O.lmm;張力計的測量范圍為0~300kN，測量精度指標(biāo)如下響應(yīng)時間小于0.01ms;非重復(fù)性小于額定輸出的±0.05%;滯后小于額定輸出的±0.10%;非線性'小于額定輸出的±0.25%;溫度零偏小于滿量程的±0.005%/°(:;溫度.溫度補(bǔ)償?shù)?00°C，最大工作溫度為150°C。來料狀況均一厚度，鋼種為ST12，寬度450mm，厚度2mm;產(chǎn)品尺寸厚區(qū)厚度1.5mm，長200mm;過渡區(qū)長100mm;薄區(qū)厚度0.8mm，長200mm;軋制要求2道次完成；軋制速度設(shè)定厚度均一區(qū)段軋制速度1.0m/s;厚度過渡區(qū)段軋制速度0.5m/s;張力控制精度恒速時張力偏差值波動在設(shè)定值的±1.5%,力n、減速過程中張力偏差值波動在設(shè)定值的±3%。權(quán)利要求1、一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一在軋件上對周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)進(jìn)行分段；步驟二設(shè)定周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)的前、后張力值；步驟三通過控制系統(tǒng)的卷徑測量儀測量當(dāng)前的帶材卷徑，再根據(jù)步驟二中設(shè)定的張力值確定當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，實現(xiàn)基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制；同時，通過張力計檢測的張力值與步驟二中設(shè)定的張力值相比較，得到張力的偏差，實現(xiàn)張力的閉環(huán)控制，確定張力轉(zhuǎn)矩的附加量；并通過電動機(jī)加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)和機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)對動態(tài)轉(zhuǎn)矩及機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，確定張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量；最后，通過對開環(huán)控制中的當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值、閉環(huán)控制中的張力轉(zhuǎn)矩的附加量以及補(bǔ)償環(huán)節(jié)中的張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量進(jìn)行累加，確定最終的張力轉(zhuǎn)矩；步驟四將步驟三中確定的最終的張力轉(zhuǎn)矩送入傳動控制系統(tǒng)，由傳動控制系統(tǒng)通過對開卷機(jī)、卷取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩的控制實現(xiàn)對張力的控制；同時，對開卷機(jī)、卷取機(jī)進(jìn)行速度設(shè)定，并將設(shè)定的速度值送入傳動控制系統(tǒng)。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法，其特征在于步驟二中所述的周期性變厚度帶材的厚區(qū)、薄區(qū)和過渡區(qū)的前、后張力值依下式設(shè)定a)軋制薄區(qū)時的前張力TB1=TB1'6*/^，其中，前張應(yīng)力TB1=0.15-0.25os;b)軋制薄區(qū)時的后張力TBG=TB0*Wjflfl，其中，后張應(yīng)力TB0=0.15-0.30os;c)軋制厚區(qū)時的前張力TH1=TH1'ZWto，其中，前張應(yīng)力TH1=0.10-0.20;d)軋制厚區(qū)時的后張力Tho^ho""別，其中，后張應(yīng)力THD=0.05-0.20as;e)軋制過渡區(qū)時的前張力:=Li+丁x(^i-^1)f)軋制過渡區(qū)時的后張力-其中，6為帶材的寬度，岫、A朋分別為薄區(qū)軋制前、后帶材的厚度，/to、A別分別為厚區(qū)軋制前、后帶材的厚度，os為材料變形抗力，/為過渡區(qū)的總長度，/:為已軋制的過渡區(qū)的長度，由出口測長輥測得。'3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法，其特征在于步驟三中所述的實現(xiàn)基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制中，當(dāng)前的張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值依下式確定其中，il^為張力轉(zhuǎn)矩設(shè)定值，單位N.m;r為帶材張力，單位kN;"為帶材直徑，單位m;;為巻取機(jī)的電動機(jī)減速比。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法，其特征在于步驟三中所述的電動機(jī)加、減速時的動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，電動機(jī)加、減速時張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量依下式確定-<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，M^為加、減速時張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量，單位N.m;a為加速度，單位r^/"2;Z)為帶材直徑，單位m;Z)。為帶材最小直徑，單位m;J。為折算到電動機(jī)軸上的電動機(jī)固定轉(zhuǎn)動慣量，單位:'&.附2;5為帶材寬度，單位m;/為帶材密度，單位紐/附3;Z'為巻取機(jī)電動機(jī)減速比。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法，'其特征在于步驟三中所述的機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)中，機(jī)械摩擦張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量依下式確定<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，My為機(jī)械摩擦張力轉(zhuǎn)矩的補(bǔ)償量，單位N.m;C。、C,、C2、C3、C4、C5為多項式的擬合系數(shù)，v為巻取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。6、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法，其特征在于步驟四中所述的對開巻機(jī)、巻取機(jī)進(jìn)行速度設(shè)定的具體過程如下A、根據(jù)不同厚度下的超前率和滯后率的層別表，利用線性插值法確定過渡區(qū)的超前率和滯后率，所述的不同厚度下的超前率和滯后率的層別表如下表1不同厚度下的超前率、滯后率層別表'<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>所述的利用線性插值法確定過渡區(qū)的超前率和滯后率的公式如下:>9-A+^^xdA)其中，a為超前率，"為滯后率，/^為軋制過渡區(qū)的當(dāng)前厚度值，HQ、^為兩個相鄰層別的厚度值，a、^為兩個相鄰層別的超前率，A、A為兩個相鄰層別的滯后率；B、根據(jù)步驟A中確定的過渡區(qū)的超前率和滯后率設(shè)定開巻機(jī)和巻取機(jī)的速度，其速度依下式確定'~—(股,=~(1-/0)(1-r0其中，7_。#一^為開巻機(jī)設(shè)定的線速度，^為巻取機(jī)設(shè)定的線速度，P^為軋機(jī)設(shè)定的線速度，/0為后滑率，/l為前滑率，"為超前率，-為滯后率，r。為靜態(tài)建張速度附加量。7、權(quán)利要求l所述的周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法的系統(tǒng)，包括軋機(jī)(12),其特征在于在軋機(jī)(12)的兩側(cè)分別設(shè)置有左巻取機(jī)(16)、右?guī)喨C(jī)(6)，在左巻取機(jī)(16)與軋機(jī)(12)之間設(shè)置有左測長輥(14)，在右?guī)喨C(jī)(6)與軋機(jī)(12)之間設(shè)置有右測長輥(8);在軋機(jī)(12)的左、右兩側(cè)分別設(shè)置有用于測量帶材厚度的左測厚儀(10)、右測厚儀(9);在左巻取機(jī)(16)、右?guī)喨C(jī)(6)上分別設(shè)置有用于測量軋制過程中巻取機(jī)上帶巻直徑的巻徑測量儀(5);在軋機(jī)(12)上設(shè)置有用于測量周期軋制時軋制力的軋制力傳感器(13)、內(nèi)置位移傳感器的液壓缸(4)，所述的液壓缸(4)的位移傳感器用于測量軋機(jī)(12)的輥縫；在左測長輥(14)、右測長輥(8)的下面分別設(shè)置有用于檢測軋制過程中帶材實際張力的張力計(11);在左測長輥(14)、右測長輥(8)的軸頭上分別設(shè)置有用于測量測長輥轉(zhuǎn)數(shù)的脈沖編碼器(7);所述的左測厚儀(10)、右測厚儀(9)、巻徑測量儀(5)、軋制力傳感器(13)、液壓缸(4)的位移傳感器、張力計(11)及脈沖編碼器(7)分別與計算機(jī)控制系統(tǒng)(3)相連。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法的系統(tǒng)，其特征在于在巻取機(jī)的電機(jī)端設(shè)置有巻取機(jī)編碼器(15)，用于在巻徑測量儀(5)出現(xiàn)故障不能正常工作時，參與巻取機(jī)的巻徑計算。全文摘要周期性變厚度帶材軋制過程中張力的控制方法及控制系統(tǒng)，屬于軋制
技術(shù)領(lǐng)域：
。包括如下步驟在軋件上進(jìn)行分段；設(shè)定各區(qū)前、后張力值；實現(xiàn)基于最大轉(zhuǎn)矩限幅的張力開環(huán)控制及張力閉環(huán)控制，并加入了動態(tài)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)和機(jī)械摩擦轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償環(huán)節(jié)；控制開卷機(jī)、卷取機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩及進(jìn)行速度設(shè)定。系統(tǒng)包括軋機(jī)，在軋機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)置有卷取機(jī)，在卷取機(jī)與軋機(jī)之間設(shè)置有測長輥；在軋機(jī)的兩側(cè)分別設(shè)置有測厚儀；在卷取機(jī)上設(shè)置有卷徑測量儀；在軋機(jī)上設(shè)置有軋制力傳感器、液壓缸，在測長輥下面設(shè)置有張力計；在測長輥上設(shè)置有脈沖編碼器；所述的測厚儀、卷徑測量儀、軋制力傳感器、液壓缸的位移傳感器、張力計及脈沖編碼器分別與計算機(jī)控制系統(tǒng)相連。文檔編號B21B37/16GK101602068SQ20091001239公開日2009年12月16日申請日期2009年7月7日優(yōu)先權(quán)日2009年7月7日發(fā)明者劉相華,吳志強(qiáng),杰孫,濤孫,張殿華,穎支,旭李,矯志杰,胡賢磊申請人:東北大學(xué)