[发明专利]冷轧机工艺冷却系统的优化控制方法

摘要

本发明公开了一种冷轧机工艺冷却系统的优化控制方法，该方法包括：轧制工艺冷却流量计算；板形分段冷却控制流量计算；基本冷却与分段冷却的组合优化控制。本发明提出了冷轧机工艺冷却控制与板形分段冷却控制的各自所需的乳化液流量的计算模型。通过乳化液冷却流量偏差计算出所对应的附加板形偏差量，用于补偿冷轧过程中基本冷却功能与板形控制分段冷却功能二者对不同乳化液流量喷射的工艺要求。进而实现了二种不同工艺功能对冷却流量的优化控制，实现了冷轧过程工艺基本冷却与板形分段冷却之间的组合优化控制，在保证稳定轧制所需的冷却流量前提下，满足了带钢板形质量的良好控制。

主权项

1.一种冷轧机工艺冷却系统的优化控制方法，其特征是该方法包括以下内容：a.轧制工艺冷却流量计算现代化的冷轧机控制系统通常采用在线控制模型确定乳化液工艺冷却最小喷射量，这里定义在轧制过程中,由实际轧制力和实际带钢速度为主要因素计算的“辊缝功率”，用于方便轧制过程冷却流量的在线控制计算，计算公式（1）：Pgap=Kp×Fact×VactW---(1)]]>式中，P_gap辊缝功率；F_act实际轧制力；V_act实际带钢速度；K_p模型系数；W实际带钢宽度，通过实际生产测试，可以得到辊缝功率和单位时间最小冷却流量Q_min的关系；b.板形分段冷却控制流量计算乳化液分段冷却是带钢板形控制的重要手段，分段冷却可以针对带钢高次板形缺陷进行有效控制，计算公式（2）：dev_c=ref-mes-Σj=1mαjeffj---(2)]]>式中，dev_c板形缺陷高次残差；ref带钢目标板形；mes带钢实测板形；α_j为第j个板形控制器控制增益；eff_j为第j个板形控制器的单位调节量；j=1～m,为板形控制器数量，由轧机机型确定；由式（2）获得残余板形缺陷后，将残余板形缺陷从板形测量段转化到工作辊冷却段，然后将转换后的各区段剩余板形通过数学处理后，得到带钢对应的分段冷却各区段的残余板形偏差，同时为了消除分段冷却控制时，板形缺陷值瞬变时对乳化液喷嘴开闭的冲击影响，需要对板形残余偏差时进行平滑滤波处理，经过一系列数学处理后获得残余偏差e(t)，使用PID控制器对各个喷嘴的冷却流量进行控制；PID控制器中y(t)和r(t)分别表示带钢板形的实测值与目标值，e(t)表示带钢的板形偏差，其中e(t)=r(t)-y(t)，u(t)则表示与分段冷却相关的PI控制器输出，可直接转换为分段冷却乳化液喷射流量，计算公式（3）：u(t)=Kp[e(t)+1TI∫0te(t)dt]---(3)]]>式中，K_p比例环节系数；T_I积分时间常数；实际轧制生产控制时，分段冷却采用PLC计算机控制，PLC只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此式3中的积分项不能直接使用，需要进行离散化处理来代替连续的积分过程，因此在控制系统中采用式（4）来构建PI控制器：u(k)=Kpe(k)+KIΣj=0ke(k)---(4)]]>式中，k为采样序号；u(k)为第k次采样时刻的PI控制器输出值；K_P与板形缺陷绝对值相关的比例增益系数；k_I与轧制速度有关的积分增益系数，式（4）的u(k)所对应的经过PI控制器计算得到的输出值PI_out，将其代入由生产实际确定的控制器输出量与分段冷却乳化液喷射量对应关系中，可以得到用于控制板形缺陷高次残差的乳化液分段冷却单位时间喷射量Q_PI；c.基本冷却与分段冷却的组合优化控制为了实现基本冷却与分段冷却的组合优化控制，采用通过冷却量偏差计算出附加板形缺陷，将该计算出的板形偏差附加到板形控制系统中测量得到的带钢实际板形偏差中，形成分段冷却控制器需要通过分段冷却控制的总板形偏差，通过板形分段冷却控制系统和工艺冷却控制系统形成迭代计算流程，直到在满足工艺冷却最小冷却量条件的同时，实现板形分段冷却控制所需的板形控制效果，在实际轧制控制系统程序中，设定如果分段冷却量小于工艺冷却最小冷却量，则系统判定二者存在偏差，由式（5）给出由偏差冷却量计算出来的附加板形偏差com_c，附加到带钢板形缺陷高次残差dev_c中，见式2，用于板形分段冷却控制消除该迭加后的板形偏差，最终得到符合工艺冷却和分段冷却二个功能要求的单位时间内轧制总冷却量：com_c=KCOM×Qmin-QPICoolnum-Coolmini---(5)]]>式中，com_c附加偏差板形；Q_min工艺最小冷却量；Q_PI板形控制分段冷却量；Cool_num喷射状态的喷嘴总数量；Cool_mini小于工艺最小冷却量的喷嘴数量；K_com计算附加板形偏差的增益系数。