本發(fā)明涉及帶鋼生產(chǎn)，尤其涉及一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法。

背景技術(shù)：

1、冷軋帶鋼在軋制過(guò)程中由于軋輥與軋輥以及軋輥與帶鋼相互摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱，這些熱會(huì)使工作輥表面產(chǎn)生不均勻的熱凸度，進(jìn)而改變輥縫分布，最終導(dǎo)致帶鋼具有不均勻的高次板型缺陷。然而常規(guī)的板型控制方法，如軋輥傾斜，軋輥橫移，彎輥控制等，很難消除局部且不均勻的板型缺陷。在現(xiàn)代板型控制中，常運(yùn)用軋輥分段冷卻控制消除局部高次板型缺陷。分段冷卻的基本原理為在軋機(jī)的入口配置有工作輥乳化液分段冷卻噴嘴，噴嘴將配有軋制工藝所需濃度的冷卻液在一定流量和壓力下噴灑在軋輥和帶鋼表面，控制器通過(guò)單獨(dú)控制每個(gè)噴嘴的開(kāi)閉來(lái)控制對(duì)應(yīng)工作輥區(qū)域的熱凸度變化，從而有效消除不規(guī)則板形、局部高次板形缺陷以及通過(guò)機(jī)械式板形調(diào)控機(jī)構(gòu)(傾斜、彎輥、竄輥等)無(wú)法控制的板形缺陷。傳統(tǒng)的分段冷卻控制方法有模糊控制法和pi控制法。模糊控制法雖然具有良好的實(shí)時(shí)性和精確性，但其缺點(diǎn)是控制原理復(fù)雜、程序量大，不便于在不同平臺(tái)上移植，系統(tǒng)維護(hù)困難等。傳統(tǒng)的pi控制方法相較于模糊控制法具有控制成本低，控制原理簡(jiǎn)單，控制方法較為成熟等特點(diǎn)，因此廣泛運(yùn)用于各種實(shí)際板型控制中。但傳統(tǒng)的pi控制方法為噴頭與噴頭單獨(dú)控制，因此相鄰噴頭的冷卻液噴射量會(huì)相互影響造成板型控制精度不佳的情況。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，以解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，具體包括以下步驟：

4、s1、確定分段冷卻輸入?yún)?shù)；

5、s2、建立冷卻液噴射變化量和板型偏差值之間的關(guān)系，將板型偏差值轉(zhuǎn)換為噴頭的冷卻液噴射變化量；

6、s3、限制最大和最小冷卻液噴射變化量；

7、s4、使用pi控制調(diào)控冷卻液噴射變化量；

8、s5、增加一個(gè)手動(dòng)控制和pi自動(dòng)控制切換程序，并對(duì)基礎(chǔ)冷卻液噴射量和pi控制的冷卻液噴射變化量或手動(dòng)控制的冷卻液噴射變化量相加組成各個(gè)噴頭實(shí)際輸出的冷卻液噴射量；

9、s6、使用冷卻液過(guò)度噴射控制確定最終冷卻液噴射量。

10、進(jìn)一步的，所述s1中的輸入?yún)?shù)具體為：冷卻液噴射量的最大參考值maxr和最小參考值minr；板型偏差值di；轉(zhuǎn)換因子i，i＝-1；基礎(chǔ)的冷卻液噴射量r；pid控制器的基本比例增益p；pid控制器的基本積分增益q；冷卻液過(guò)度噴射參數(shù)α，0＜α＜1。

11、進(jìn)一步的，所述s2中的板型偏差值的計(jì)算公式為：ref-act＝di，其中，ref為理想板型值，act為實(shí)際板型值；板型偏差值與冷卻液噴射變化量的轉(zhuǎn)換公式為：di×i＝de，其中，di為板型偏差值，i為轉(zhuǎn)換因子，de為冷卻液噴射變化量。

12、進(jìn)一步的，所述s3中的最大和最小冷卻液噴射變化量的允許限制公式為：minr-r＝minde；maxr-r＝maxde；其中，minr為最小冷卻液噴射量，maxr為最大冷卻液噴射量，r為基礎(chǔ)冷卻液噴射量，minde為最小冷卻液噴射變化量，maxde為最大冷卻液噴射變化量。

13、進(jìn)一步的，所述s4中的pi控制的具體控制流程為：

14、s41、檢查冷卻液噴射變化量de是否在可變化最大值和最小值范圍內(nèi)；若冷卻液噴射變化量大于冷卻液噴射變化量最大值，則啟用outhi模式，outhi為直接輸出冷卻液噴射變化量為最大可輸出冷卻液噴射變化量；若冷卻液噴射變化量小于冷卻液噴射變化量最小值，則啟用outlo模式，outlo為直接輸出冷卻液噴射變化量為最小可輸出冷卻液噴射變化量；若冷卻液噴射變化量在可變范圍內(nèi)，則進(jìn)入下一步驟；

15、s42、冷卻液噴射變化量de經(jīng)過(guò)比例控制運(yùn)算得到比例控制計(jì)算值pv；

16、s43、確定作為輸入值的冷卻液噴射變化量de是否應(yīng)該使用積分控制模式，如果冷卻液噴射變化量在可變范圍內(nèi)，則使用積分控制運(yùn)算得到積分控制計(jì)算值qv；

17、s44、s43中積分控制模式還考慮了人工輸入的狀態(tài)，若有人工輸入，則積分控制后的值轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぽ斎胫担?/p>

18、s45、比例控制計(jì)算值pv和積分控制計(jì)算值pv相加成為比例積分控制后的最終值pis；

19、s46、限制輸出范圍，總比例積分值限制在可調(diào)范圍內(nèi)minde≤pis≤maxde，最終輸出為pi控制的冷卻液噴射變化量pis。

20、進(jìn)一步的，所述s4，在pi控制中，e(t)表示冷卻液噴射變化量de，u(t)表示pi控制后冷卻液噴射變化量；pi控制公式為：其中，p為pid控制器的基本比例增益，q為pid控制器的基本積分增益；該pi控制公式為連續(xù)積分公式，在實(shí)際plc控制中需要使之離散化處理，處理后的公式為：其中，k為計(jì)算機(jī)采樣序號(hào)，s為計(jì)算機(jī)采樣一次所需時(shí)間，p為pid控制器的基本比例增益，q為pid控制器的基本積分增益。

21、進(jìn)一步的，所述s42中的比例控制計(jì)算值pv的比例公式為：de×p＝pv，其中，de為冷卻液噴射變化量，p為設(shè)定的基本比例增益，pv為冷卻液噴射變化量de經(jīng)過(guò)比例控制計(jì)算后的值；所述s43中的積分控制計(jì)算值qv的積分公式為：其中，e(k)為冷卻液噴射變化量de，s為計(jì)算機(jī)采樣一次所需時(shí)間，k為計(jì)算機(jī)采樣序號(hào)，q為設(shè)定的基本積分增益，qv為冷卻液噴射變化量e(k)經(jīng)過(guò)積分控制計(jì)算后的值；所述s45中的最終值pis的計(jì)算公式為：qv+pv＝pis，其中，qv為冷卻液噴射變化量e(k)經(jīng)過(guò)積分控制計(jì)算后的值，pv為冷卻液噴射變化量de經(jīng)過(guò)比例控制計(jì)算后的值。

22、進(jìn)一步的，所述s5中的各個(gè)噴頭實(shí)際輸出的冷卻液噴射量的計(jì)算公式為：pis+r＝f或a+r＝f，其中，pis為pi控制后的冷卻液噴射變化量，r為基礎(chǔ)冷卻液噴射量，f為總冷卻液噴射量，a為手動(dòng)控制冷卻液噴射變化量。

23、進(jìn)一步的，所述s6中的冷卻液過(guò)度噴射控制具體為：其中，α為過(guò)噴參數(shù)，a、b、c為中間變量；令xi、xl、xk為可變量，其中xi為噴頭的序號(hào)，v(xi)，v(xl)，v(xk)為最終冷卻液噴射量fin，u(xi)為過(guò)噴控制后的冷卻液噴射量，xi的最大值為43，最小值為1，總噴頭個(gè)數(shù)為44；xk＝xi+1，xl＝xi-1，v(0)×a+v(1)×b＝u(0)；v(43)×a+v(42)×b＝u(43)，v(xk)+v(xl)×b+v(xi)×c＝u(xi)。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

25、本發(fā)明提供的基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法相較于傳統(tǒng)pi控制方法，增加了過(guò)度噴射控制系統(tǒng)，有效解決了相鄰噴頭冷卻液噴射量相互影響的問(wèn)題，可降低軋輥因溫度變化造成的輥縫變化，顯著減小板型的偏差。

技術(shù)特征：

1.一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s1中的輸入?yún)?shù)具體為：冷卻液噴射量的最大參考值maxr和最小參考值minr；板型偏差值di；轉(zhuǎn)換因子i，i＝-1；基礎(chǔ)的冷卻液噴射量r；pid控制器的基本比例增益p；pid控制器的基本積分增益q；冷卻液過(guò)度噴射參數(shù)α，0＜α＜1。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s2中的板型偏差值的計(jì)算公式為：ref-act＝di，其中，ref為理想板型值，act為實(shí)際板型值；板型偏差值與冷卻液噴射變化量的轉(zhuǎn)換公式為：di×i＝de，其中，di為板型偏差值，i為轉(zhuǎn)換因子，de為冷卻液噴射變化量。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s3中的最大和最小冷卻液噴射變化量的允許限制公式為：minr-r＝minde；maxr-r＝maxde；其中，minr為最小冷卻液噴射量，maxr為最大冷卻液噴射量，r為基礎(chǔ)冷卻液噴射量，minde為最小冷卻液噴射變化量，maxde為最大冷卻液噴射變化量。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s4中的pi控制的具體控制流程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s4，在pi控制中，e(t)表示冷卻液噴射變化量de，u(t)表示pi控制后冷卻液噴射變化量；pi控制公式為：其中，p為pid控制器的基本比例增益，q為pid控制器的基本積分增益；該pi控制公式為連續(xù)積分公式，在實(shí)際plc控制中需要使之離散化處理，處理后的公式為：其中，k為計(jì)算機(jī)采樣序號(hào)，s為計(jì)算機(jī)采樣一次所需時(shí)間，p為pid控制器的基本比例增益，q為pid控制器的基本積分增益。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s42中的比例控制計(jì)算值pv的比例公式為：de×p＝pv，其中，de為冷卻液噴射變化量，p為設(shè)定的基本比例增益，pv為冷卻液噴射變化量de經(jīng)過(guò)比例控制計(jì)算后的值；所述s43中的積分控制計(jì)算值qv的積分公式為：其中，e(k)為冷卻液噴射變化量de，s為計(jì)算機(jī)采樣一次所需時(shí)間，k為計(jì)算機(jī)采樣序號(hào)，q為設(shè)定的基本積分增益，qv為冷卻液噴射變化量e(k)經(jīng)過(guò)積分控制計(jì)算后的值；所述s45中的最終值pis的計(jì)算公式為：qv+pv＝pis，其中，qv為冷卻液噴射變化量e(k)經(jīng)過(guò)積分控制計(jì)算后的值，pv為冷卻液噴射變化量de經(jīng)過(guò)比例控制計(jì)算后的值。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s5中的各個(gè)噴頭實(shí)際輸出的冷卻液噴射量的計(jì)算公式為：pis+r＝f或a+r＝f，其中，pis為pi控制后的冷卻液噴射變化量，r為基礎(chǔ)冷卻液噴射量，f為總冷卻液噴射量，a為手動(dòng)控制冷卻液噴射變化量。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于pi控制的軋輥分段冷卻控制方法，其特征在于：所述s6中的冷卻液過(guò)度噴射控制具體為：其中，α為過(guò)噴參數(shù)，a、b、c為中間變量；令xi、xl、xk為可變量，其中xi為噴頭的序號(hào)，v(xi)，v(xl)，v(xk)為最終冷卻液噴射量fin，u(xi)為過(guò)噴控制后的冷卻液噴射量，xi的最大值為43，最小值為1，總噴頭個(gè)數(shù)為44；xk＝xi+1，xl＝xi-1，v(0)×a+v(1)×b＝u(0)；v(43)×a+v(42)×b＝u(43)，v(xk)+v(xl)×b+v(xi)×c＝u(xi)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及帶鋼生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于PI控制的軋輥分段冷卻控制方法，具體包括以下步驟：步驟一、確定分段冷卻輸入?yún)?shù)；步驟二、建立冷卻液噴射變化量和板型偏差值之間的關(guān)系，將板型偏差值轉(zhuǎn)換為噴頭的冷卻液噴射變化量；步驟三、限制最大和最小冷卻液噴射變化量；步驟四、使用PI控制調(diào)控冷卻液噴射變化量；步驟五、增加一個(gè)手動(dòng)控制和PI自動(dòng)控制切換程序，并對(duì)基礎(chǔ)冷卻液噴射量和PI控制的冷卻液噴射變化量或手動(dòng)控制的冷卻液噴射變化量相加組成各個(gè)噴頭實(shí)際輸出的冷卻液噴射量；步驟六、使用冷卻液過(guò)度噴射控制確定最終冷卻液噴射量，采用本發(fā)明的分段冷卻控制方法，可降低軋輥因溫度變化造成的輥縫變化，顯著減小板型的偏差。

技術(shù)研發(fā)人員：閆注文,潘帥臻,湯迎新
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工程學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21