專利名稱：基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于軋輥和軋輥軸承形狀的不規(guī)則造成軋輥的旋轉(zhuǎn)軸心和幾何軸心不是正好吻 合的情況稱為軋輥偏心，這些不規(guī)則的形狀可能產(chǎn)生于軋輥的制造、修磨、裝配、磨損、熱膨 脹等過(guò)程，由于支撐輥的輥徑相對(duì)于工作輥和中間輥來(lái)說(shuō)要大的多，因此軋輥偏心主要是 由于支撐輥本身不圓和輥徑與其它輥不同軸所產(chǎn)生的。在帶鋼生產(chǎn)中，軋輥偏心會(huì)造成軋機(jī)自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)產(chǎn)生反方向的調(diào)節(jié)，使得 帶鋼軋出厚度發(fā)生周期性的波動(dòng)，對(duì)帶鋼的厚度精度造成很大的影響。為此數(shù)十年來(lái)已經(jīng) 有許多企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)對(duì)軋輥偏心的補(bǔ)償方法及設(shè)備進(jìn)行了研究，目前的主要方法可分為
三類一是預(yù)防軋輥偏心控制法，這種方法是在軋制前盡可能創(chuàng)造一些條件以便能減小 軋輥偏心對(duì)軋件厚度的影響，而在軋制中不采用任何校正措施，如早期的采用設(shè)置死區(qū)的 方法避免壓下系統(tǒng)受軋輥偏心的高頻干擾，但提高厚度控制精度和抑制軋輥偏心擾動(dòng)對(duì)死 區(qū)大小的要求是相矛盾的，二者很難兼顧。二是被動(dòng)軋輥偏心控制法，這類方法的主要目的是使輥縫控制系統(tǒng)對(duì)軋輥偏心引 起的厚度干擾反應(yīng)不敏感，而不需要輥縫按照軋輥偏心函數(shù)關(guān)系進(jìn)行校正。三是主動(dòng)軋輥偏心控制法，這類方法一般通過(guò)軋輥偏心分量檢測(cè)得出補(bǔ)償信號(hào)， 然后送到輥縫控制調(diào)節(jié)器中以補(bǔ)償軋輥偏心。該方法是目前效果最好、精度最高的方法。根 據(jù)檢測(cè)信號(hào)的處理方式，這類方法又可以分為分析法和綜合法。在分析法中，軋輥偏心分量 是通過(guò)數(shù)學(xué)分析法(一般采用傅里葉變換分析)從檢測(cè)信號(hào)中提取出來(lái)的。在綜合法中， 軋輥偏心分量是通過(guò)復(fù)制軋輥偏心分量得到的，信號(hào)復(fù)制可采用機(jī)械法或電量法，例如德 國(guó)紐曼公司提出的一種利用隨支撐輥同時(shí)旋轉(zhuǎn)的凸輪來(lái)模擬軋輥偏心的檢測(cè)裝置，還有德 國(guó)克虜伯公司提出的采用輥縫傳感器來(lái)檢測(cè)軋輥偏心對(duì)輥縫的影響。這些方法中，有的需要有凸輪、輥縫儀等特殊檢測(cè)設(shè)備和儀器，其維護(hù)安裝檢修存 在不便。而采用數(shù)據(jù)分析法，例如使用傅里葉變換法，由于其計(jì)算是大量的復(fù)數(shù)乘法與加 法，對(duì)于工業(yè)上通常使用的自動(dòng)控制器來(lái)說(shuō)很難實(shí)時(shí)完成計(jì)算。而且傅里葉變換的使用條 件要求很高，在現(xiàn)場(chǎng)情況下，傅里葉變換方法一般不能精確計(jì)算出偏心信號(hào)的各周期分量 的幅值、頻率和相角。另外還有一些方法是基于支撐輥旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行計(jì)算的，這種方法對(duì)支 撐輥當(dāng)前角度的測(cè)量或計(jì)算要求十分精確，或者采用在支撐輥上加裝脈沖編碼器來(lái)確定當(dāng) 前角度，或者通過(guò)傳動(dòng)輥上的編碼器來(lái)計(jì)算得到支撐輥的當(dāng)前角度。由于支撐輥經(jīng)常更換， 在上面加裝脈沖編碼器的方法存在安裝和維護(hù)的不便；而通過(guò)傳動(dòng)輥間接計(jì)算支撐輥的角 度不可避免的存在誤差，隨著支撐輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，這個(gè)誤差會(huì)不斷累積，導(dǎo)致偏心補(bǔ)償?shù)南嘟怯?jì) 算不準(zhǔn)確，從而造成補(bǔ)償失敗。軋輥偏心信號(hào)為一個(gè)周期性的信號(hào)，周期性的信號(hào)可以分解為無(wú)窮級(jí)數(shù)，這些級(jí)數(shù)中只有一些頻率的分量是占主體地位的。目前相關(guān)研究資料中都假定基頻率下或者基頻 率加二倍基頻率下的分量為主體，但實(shí)際上這個(gè)假定可能是不符合實(shí)際的。為此本申請(qǐng)人在初期采用了快速離散傅立葉變換對(duì)采樣的偏心信號(hào)進(jìn)行離線分 析，但僅僅用以確定本軋機(jī)偏心信號(hào)的主體分量形式，不用來(lái)確定偏心信號(hào)中的主體分量 的參數(shù)。而且快速傅立葉變換是在工控機(jī)上離線進(jìn)行，運(yùn)算時(shí)間沒(méi)有實(shí)時(shí)性的要求。偏心 信號(hào)的主體分量參數(shù)使用在線遞推算法來(lái)進(jìn)行估計(jì)，其幅值和相角參數(shù)都在軋制進(jìn)行中不 斷地進(jìn)行修正，因此并不需要精確知道支撐輥的旋轉(zhuǎn)角度，從而避免了上述方法中存在的 問(wèn)題。目前使用的一個(gè)六輥軋機(jī)及主要檢測(cè)元件如圖1所示軋機(jī)由中間輥傳動(dòng)，上中 間輥6 (傳動(dòng)輥)和下中間輥9 (傳動(dòng)輥)轉(zhuǎn)速保持基本一致，轉(zhuǎn)速ns由安裝在傳動(dòng)電機(jī)上 面的上中間輥脈沖編碼器15和下中間輥脈沖編碼器16測(cè)量得到，根據(jù)該值計(jì)算得到支撐 輥的角速度ω。軋機(jī)采用液壓缸3來(lái)調(diào)節(jié)上工作輥7和下工作輥8之間輥縫位置值，輥縫 實(shí)際值由位移傳感器4測(cè)量得到，軋機(jī)壓下控制器1根據(jù)輥縫位置設(shè)定值調(diào)節(jié)伺服閥2的 開(kāi)口度，進(jìn)而控制液壓缸3的位移量。軋機(jī)前后安裝有前測(cè)厚儀12、后測(cè)厚儀13，軋材11 的入口厚差和出口厚差由此得到。軋制力實(shí)際值由軋制力測(cè)量元件14測(cè)量得到。軋機(jī)主 傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)17可以調(diào)節(jié)軋機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于上支撐輥5和下支撐輥10的偏心現(xiàn)象，對(duì)出 口厚差和軋制力有一個(gè)周期性的影響，可以從出口厚差實(shí)際值和軋制力實(shí)際值中分離出該 周期性的信號(hào)，這就是偏心信號(hào)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心 補(bǔ)償裝置，以提高軋材厚度控制精度，提高生產(chǎn)效率。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是設(shè)有用于偏心測(cè)試中采樣并計(jì)算 軋輥偏心信號(hào)的采樣裝置、離線進(jìn)行快速離散傅里葉變換的變換裝置、軋制過(guò)程中在線采 樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的裝置、實(shí)現(xiàn)在線遞推參數(shù)估計(jì)的裝置和輥縫補(bǔ)償裝置，它們以電 信號(hào)依次相連。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的主要有益效果采用變換裝置進(jìn)行快速離散傅立葉變換，對(duì)偏心信號(hào)進(jìn)行分析，可以精確獲得本 軋機(jī)所有偏心信號(hào)中的主體分量的形式；僅使用現(xiàn)代軋機(jī)上常用的檢測(cè)設(shè)備，不需另外增加專用設(shè)備；不需精確檢測(cè)或計(jì) 算支撐輥的旋轉(zhuǎn)角度，就可以有效抑制軋輥偏心對(duì)軋材厚度精度的影響；根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，本實(shí)用新型能夠精確估計(jì)出偏心信號(hào)的主體分量，而主體分量的 能量能夠占到全部偏心信號(hào)的90%以上。根據(jù)估計(jì)出的偏心信號(hào)主體分量，計(jì)算出反向輥 縫補(bǔ)償量并施加到位置控制器上去，就能夠消除掉偏心信號(hào)90 %以上的不良影響，進(jìn)而提 高厚度控制精度，提高生產(chǎn)效率。

圖1為目前使用的一個(gè)六輥軋機(jī)及主要檢測(cè)元件示意圖。圖2為本實(shí)用新型軋輥偏心補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)原理圖。[0019]圖3是原始偏心信號(hào)幅相圖。圖4是經(jīng)補(bǔ)償后的偏心信號(hào)幅相圖。圖中1.軋機(jī)壓下控制器；2.伺服閥；3.液壓缸；4.位移傳感器；5.上支撐輥； 6.上中間輥；7.上工作輥；8.下工作輥；9.下中間輥；10.下支撐輥；11.軋材；12.前測(cè)厚 儀；13.后測(cè)厚儀；14.軋制力檢測(cè)元件；15.上中間輥脈沖編碼器；16.下中間輥脈沖編碼 器；17.軋機(jī)主傳動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)；18.采樣裝置；19.變換裝置；20.測(cè)定厚差裝置；21.延時(shí)輸 出裝置；22.第一個(gè)一階滯后裝置；23.換算厚差裝置；24.在線參數(shù)估計(jì)裝置；25.幅值和 初相角計(jì)算裝置；26.相位偏移補(bǔ)償裝置；27.第二個(gè)一階滯后裝置；28.輥縫偏心補(bǔ)償量 計(jì)算裝置。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型提供的基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償裝置，其結(jié)構(gòu)如圖2所 示，包括以電信號(hào)依次相連的采樣裝置18、變換裝置19、軋制過(guò)程中在線采樣并計(jì)算軋輥 偏心信號(hào)的裝置、實(shí)現(xiàn)在線遞推參數(shù)估計(jì)的裝置和輥縫補(bǔ)償裝置。所述采樣裝置18是一種用于偏心測(cè)試中采樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的裝置，該裝 置通過(guò)在可編程邏輯控制器上編程實(shí)現(xiàn)。該裝置是定時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣S” Fi的裝置和計(jì)算 軋輥測(cè)試偏心信號(hào)AR1的裝置。其中，Si為i時(shí)刻的輥縫值，F(xiàn)i為i時(shí)刻的總軋制力值， 1彡i彡n，n為自然數(shù)。所述變換裝置19為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或者個(gè)人計(jì)算機(jī)，通過(guò)在工控機(jī)上編程或者 利用個(gè)人計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，均能夠?qū)崿F(xiàn)離線進(jìn)行快速離散傅里葉變換。所述軋制過(guò)程中在線采樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的裝置，其包括計(jì)算出口厚差裝置 20、延時(shí)傳輸?shù)难b置21、第一個(gè)一階滯后裝置22和換算厚差裝置23，其中計(jì)算出口厚差裝 置20通過(guò)電信號(hào)經(jīng)延時(shí)傳輸?shù)难b置21、第一個(gè)一階滯后裝置22后同實(shí)際出口厚差值A(chǔ)hal 或軋制力換算的出口厚差值A(chǔ)ha2比較，然后分別通入在線估計(jì)裝置24的輸入端、幅值和初 相角計(jì)算裝置25的輸出端相比較得到估計(jì)誤差e。所述計(jì)算出口厚差裝置20是一種用于由測(cè)量的入口厚差計(jì)算出口厚差的裝置， 該裝置利用下述公式計(jì)算AA = AFx( Cm )
。G +。M式中Ah為計(jì)算的出口厚度差；ΔΗ為測(cè)量的入口厚度差；0；為軋機(jī)剛度系數(shù)；Cm 為軋材塑性系數(shù)。所述延時(shí)傳輸?shù)难b置21是一種用于將輸入值延時(shí)一段時(shí)間后輸出的裝置。所述第一個(gè)一階滯后裝置22，其利用下述公式計(jì)算
TAYn=Yn_1+ —(Xn-X^1)式中Υ為一階滯后裝置輸出值；TA為控制器采樣周期；T為一階滯后裝置的時(shí)間 常數(shù)；χ為一階滯后裝置輸入值；η為自然數(shù)。所述換算厚差裝置23是一種將軋制力轉(zhuǎn)換為厚差值的裝置；該裝置利用下述公式計(jì)算Aha2=(F_Fs)/CM式中Aha2為換算的出口厚差值，F(xiàn)為總軋制力實(shí)際值；FS為總軋制力設(shè)定值；CM 為軋材塑性系數(shù)。所述實(shí)現(xiàn)在線遞推參數(shù)估計(jì)的裝置為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能控制器，該控制器設(shè)有以電信 號(hào)相連的在線參數(shù)估計(jì)裝置24、幅值和初相角計(jì)算裝置25。所述在線參數(shù)估計(jì)裝置24，其用于實(shí)現(xiàn)在線遞推參數(shù)估計(jì)算法的裝置，本例中使 用遞推最小二乘法估計(jì)出未知參數(shù)[aposbi apinbi a2cosb2 a2sinb2]，也可采用其它在線 遞推算法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，例如最小均方根算法。所述幅值和初相角計(jì)算裝置25，其用于計(jì)算偏心信號(hào)幅值A(chǔ)和相角b的裝置，該裝 置利用下述公式計(jì)算
權(quán)利要求一種基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償裝置，其特征在于所述軋輥偏心補(bǔ)償裝置設(shè)有用于偏心測(cè)試中采樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的采樣裝置(18)、離線進(jìn)行快速離散傅里葉變換的變換裝置(19)、軋制過(guò)程中在線采樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的裝置、實(shí)現(xiàn)在線遞推參數(shù)估計(jì)的裝置和輥縫補(bǔ)償裝置，它們以電信號(hào)依次相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述軋制過(guò)程中在線采樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的裝置，其包括計(jì)算出口厚差裝置(20)，延時(shí) 傳輸?shù)难b置(21)，第一個(gè)一階滯后裝置(22)，換算厚差裝置(23)，其中計(jì)算出口厚差裝置 (20)通過(guò)電信號(hào)經(jīng)延時(shí)傳輸?shù)难b置(21)、第一個(gè)一階滯后裝置(22)后同實(shí)際出口厚差值 Ahal或軋制力換算的出口厚差值A(chǔ)ha2比較，然后分別通入在線估計(jì)裝置(24)的輸入端、 幅值和初相角計(jì)算裝置(25)的輸出端相比較得到估計(jì)誤差e。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述實(shí)現(xiàn)在線遞推參數(shù)估計(jì)的裝置為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智能控制器，該控制器設(shè)有以電信號(hào)相連的在 線參數(shù)估計(jì)裝置(24)、幅值和初相角計(jì)算裝置(25)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述輥縫補(bǔ)償裝置是用于計(jì)算偏心信號(hào)的輥縫補(bǔ)償值，該裝置包括相位偏移補(bǔ)償裝置(26)， 第二個(gè)一階滯后裝置(27)，輥縫偏心補(bǔ)償量計(jì)算裝置(28)，其中所述第二個(gè)一階滯后裝 置(27)，其輸入端通過(guò)電信號(hào)與相位偏移補(bǔ)償裝置(26)的輸出端相連，其輸出端通過(guò)電信 號(hào)與輥縫偏心補(bǔ)償量計(jì)算裝置(28)的輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償裝置，其特征在于所 述變換裝置(19)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)或者個(gè)人計(jì)算機(jī)。專利摘要本實(shí)用新型是一種基于在線遞推參數(shù)估計(jì)的軋輥偏心補(bǔ)償裝置，該裝置設(shè)有用于偏心測(cè)試中采樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的采樣裝置(18)、離線進(jìn)行快速離散傅里葉變換的變換裝置(19)、軋制過(guò)程中在線采樣并計(jì)算軋輥偏心信號(hào)的裝置、實(shí)現(xiàn)在線遞推參數(shù)估計(jì)的裝置和輥縫補(bǔ)償裝置，它們以電信號(hào)依次相連。本實(shí)用新型僅使用軋機(jī)上常用的檢測(cè)設(shè)備，無(wú)需增加專用檢測(cè)設(shè)備，無(wú)需精確得到支撐輥的旋轉(zhuǎn)角度，就可以有效地補(bǔ)償軋輥偏心對(duì)軋材厚度精度的影響，并提高厚度控制的精度。
文檔編號(hào)B21B37/66GK201755585SQ201020502720
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月23日
發(fā)明者陳躍華 申請(qǐng)人:中冶南方工程技術(shù)有限公司