專利名稱：：鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，用于提高鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)動態(tài)過程的性能，屬于冷軋機控制
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：在鋁加工行業(yè)，鋁冷軋機作為其中的核心加工裝備，在整個軋制過程中發(fā)揮著重要的作用。而鋁冷軋機的厚度自動控制系統(tǒng)，對于保障軋制產(chǎn)品的厚度性能指標，使出口帶材厚度的精度在允許誤差范圍內(nèi)，提高軋制速度和效率，起著至關(guān)重要的作用。鋁冷軋機的厚度自動控制系統(tǒng)，一般由控制器、測厚儀、位置傳感器、壓力傳感器和液壓油缸等裝置組成，采用位置AGC、監(jiān)控AGC等閉環(huán)控制模式。鋁冷軋機的軋制過程可分為動態(tài)過程和穩(wěn)態(tài)過程。動態(tài)過程指在軋機加減速期間的動態(tài)響應(yīng)過程，即加減速軋制過程。穩(wěn)態(tài)過程則指系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)工作點后軋機速度基本不變的軋制過程。在軋機加減速過程中，軋輥和帶材的摩擦特性會發(fā)生變化，以及材料的屈服應(yīng)力、軋輥溫度等其他因素的影響，會引起軋制力和輥縫的變化，從而使得帶材出口厚度也發(fā)生相應(yīng)變化，使帶材厚差精度變差。因此，為了補償速度變化引起的厚差波動，一般采用開環(huán)速度補償控制方法。采用開環(huán)速度補償控制器的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)如圖1所示，包括監(jiān)控AGC控制器1、位置AGC控制器2、液壓油缸3、軋機本體4、位置傳感器5、出口測厚儀6和PID補償控制器7，在圖1中，存在位置AGC、監(jiān)控AGC兩個閉環(huán)控制回路，PID補償控制器7構(gòu)成開環(huán)控制回路，控制器輸出疊加到位置AGC的設(shè)定值中。采用開環(huán)速度補償控制器，可以減少速度變化對于厚差的影響，但由于軋制過程存在各種不同工況，開環(huán)控制容易引起響應(yīng)發(fā)散，造成系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且開環(huán)增益調(diào)節(jié)更依賴于過程先驗知識，在現(xiàn)場調(diào)試時花費較多時間，調(diào)試人員很難找到合適的增益系數(shù)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，旨在有效提高鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的動態(tài)性能。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，特點是包括以下步驟——1)根據(jù)速度測量單元得到速度信號，計算出具體加速度數(shù)值；2)根據(jù)控制邏輯判斷是否投入閉環(huán)速度補償功能；3)獲得帶材出口厚度值，與設(shè)定厚度值相比較，計算出厚度偏差；4)將在第3)步中得到的厚度偏差作為PID補償控制器輸入信號，計算PID補償控制器的輸出量，即閉環(huán)速度反饋的補償量；5)將在第4)步中得到的補償量輸出到位置AGC控制器中，完成一次閉環(huán)速度補償?shù)挠嬎氵^程；6)厚度控制系統(tǒng)依次計算加速度數(shù)值，然后計算出補償量，疊加到位置AGC控制3器，如此循環(huán)，完成鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償過程。進一步地，上述的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，其具體加速度數(shù)值可以不用系統(tǒng)自動計算，而采取人工輸入數(shù)值的方式。更進一步地，上述的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，在投入使用前需要根據(jù)速度值和加速度值進行控制邏輯判斷，滿足投入條件時才進行閉環(huán)速度補償計算。更進一步地，上述的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，其PID補償控制器以厚度偏差為輸入信號進行計算。更進一步地，上述的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，其PID補償控制器執(zhí)行PID控制算法或PID控制算法的變種形式。再進一步地，上述的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，其PID補償控制器硬件采用可編程控制器PLC或工業(yè)控制計算機IPC。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，使用閉環(huán)速度補償控制器計算補償量，以厚度偏差信號作為補償控制器輸入量，實現(xiàn)了PID控制補償算法。在鋁冷軋機的動態(tài)軋制過程中，軋制條件和工況會快速變化，通過將開環(huán)補償轉(zhuǎn)換為閉環(huán)補償控制算法，可以明顯提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減小補償量的超調(diào)量等參數(shù)，更好的自動適應(yīng)軋制過程的變化情況。而且，通過簡單調(diào)整PID控制器的參數(shù)，不需要過多的軋制過程先驗知識，可以減少速度補償控制的現(xiàn)場調(diào)試時間，節(jié)約現(xiàn)場工作成本?？偟膩碚f，本發(fā)明提供的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，可以有效提高鋁冷軋機動態(tài)過程的穩(wěn)定性，從而提高厚度控制系統(tǒng)的性能和效率，減少生產(chǎn)成本，提高鋁加工過程的綜合成材率，經(jīng)濟效益和社會效應(yīng)顯著。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明圖1:使用開環(huán)速度補償?shù)匿X冷軋機厚度控制系統(tǒng)示意圖；圖2:使用閉環(huán)速度補償?shù)匿X冷軋機厚度控制系統(tǒng)示意圖；圖3:閉環(huán)速度補償程序流程圖。圖中各附圖標記的含義見下表附圖<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>具體實施例方式如圖2所示，采用閉環(huán)速度補償控制器的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控AGC控制器1、位置AGC控制器2、液壓油缸3、軋機本體4、位置傳感器5、出口測厚儀6、PID補償控制器7、控制邏輯8和速度測量單元9，設(shè)定厚度、出口測量厚度和PID補償控制器構(gòu)成閉環(huán)速度補償控制回路，控制器輸出到位置AGC控制器，直接疊加到位置AGC的設(shè)定值中。根據(jù)速度測量單元9獲得數(shù)據(jù)計算加速度值，進行控制邏輯判斷，以厚度偏差作為閉環(huán)PID補償控制器7的輸入信號，計算出補償量輸出到位置AGC控制器2，完成一次閉環(huán)速度補償?shù)挠嬎氵^程。通過將開環(huán)補償轉(zhuǎn)換為閉環(huán)補償控制算法，可以明顯提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好的自動適應(yīng)軋制過程的變化情況。而且，通過調(diào)整PID控制器的參數(shù)，可以減少速度補償控制的現(xiàn)場調(diào)試時間，降低生產(chǎn)成本，從而提高厚度控制系統(tǒng)動態(tài)過程的性能，提高鋁加工過程的綜合成材率。本發(fā)明方法作為控制依據(jù)的閉環(huán)速度補償程序流程如3所示，其具體步驟為1)根據(jù)速度測量單元9得到速度信號v，計算出具體加速度數(shù)值a;2)根據(jù)控制邏輯8判斷是否投入閉環(huán)速度補償功能，當速度值大于等于某閾值速度且加速度值大于等于某閾值加速度時，閉環(huán)速度補償功能投入使用；程序中實現(xiàn)為if(v>=speed—point&&a>=accel—point){......}elsegotonext—position;endif其中，v為測量速度值，a為計算出的加速度值，speed_point為速度閾值，accel_point為加速度閾值，next_position為后續(xù)位置AGC控制程序；3)獲得帶材出口厚度值，與設(shè)定厚度值相比較，計算出厚度偏差gauge—error;程序中實現(xiàn)為gauge—error=gauge_meas_gauge_refer5其中，gauge—error為厚度偏差，gauge—meas為帶材出P厚度值，gauge—refer為設(shè)定厚度值。4)將在第3)步中得到的厚度偏差作為PID補償控制器7輸入信號，計算PID補償控制器7的輸出量，即閉環(huán)速度反饋的補償量；程序中實現(xiàn)為pid_out=PID_Calc(Kp，Ki，Kd，gauge—error);其中，pid_out為控制器輸出量，Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)，Kd為微分系數(shù)，gauge_error為厚度偏差，PID_Calc為PID控制器計算函數(shù)。5)將在第4)步中得到的補償量輸出到位置AGC控制器2中，完成一次閉環(huán)速度補償?shù)挠嬎氵^程；6)厚度控制系統(tǒng)依次計算加速度數(shù)值，然后計算出補償量，疊加到位置AGC控制器，如此循環(huán)，完成鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償過程。綜上所述，本發(fā)明提供的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，以厚度偏差信號作為補償控制器輸入量，使用閉環(huán)PID補償控制器進行計算，可以明顯提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好的自動適應(yīng)軋制過程的變化情況，同時也減少了速度補償控制的現(xiàn)場調(diào)試時間，提高現(xiàn)場工作效率。本發(fā)明提供的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，可以有效提高鋁冷軋機動態(tài)過程的厚度控制性能，從而提高鋁加工過程的綜合成材率，值得廣泛推廣應(yīng)用。需要理解到的是上述說明并非是對本發(fā)明的限制，在本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)，所進行的添加、變換、替換等，也應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。權(quán)利要求鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，其特征在于包括以下步驟——1)根據(jù)速度測量單元得到速度信號，計算出具體加速度數(shù)值；2)根據(jù)控制邏輯判斷是否投入閉環(huán)速度補償功能；3)獲得帶材出口厚度值，與設(shè)定厚度值相比較，計算出厚度偏差；4)將在第3)步中得到的厚度偏差作為PID補償控制器輸入信號，計算PID補償控制器的輸出量，即閉環(huán)速度反饋的補償量；5)將在第4)步中得到的補償量輸出到位置AGC控制器中，完成一次閉環(huán)速度補償?shù)挠嬎氵^程；6)厚度控制系統(tǒng)依次計算加速度數(shù)值，然后計算出補償量，疊加到位置AGC控制器，如此循環(huán)，完成鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，其特征在于PID補償控制器執(zhí)行PID控制算法或PID控制算法的變種形式。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，其特征在于在投入使用前需要根據(jù)速度值和加速度值進行控制邏輯判斷，滿足投入條件時才進行閉環(huán)速度補償計算。全文摘要本發(fā)明提供鋁冷軋機厚度控制系統(tǒng)的閉環(huán)速度補償方法，根據(jù)速度測量單元獲得數(shù)據(jù)計算加速度值，進行控制邏輯判斷，以厚度偏差作為閉環(huán)PID補償控制器的輸入信號，計算出補償量輸出到位置AGC控制器，完成一次閉環(huán)速度補償?shù)挠嬎氵^程。通過將開環(huán)補償轉(zhuǎn)換為閉環(huán)補償控制算法，可明顯提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好的自動適應(yīng)軋制過程的變化情況。而且，通過調(diào)整PID控制器的參數(shù)，可減少速度補償控制的現(xiàn)場調(diào)試時間，降低生產(chǎn)成本，提高厚度控制系統(tǒng)動態(tài)過程的性能，值得在業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用。文檔編號B21B37/16GK101745541SQ20081024318公開日2010年6月23日申請日期2008年12月2日優(yōu)先權(quán)日2008年12月2日發(fā)明者劉文田,李坤杰,王海霞申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司