一种改进的轧辊偏心控制方法

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1991.03.028 第13卷第3期 北京科技大学学报 Vol,13 No,3 1991年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 1991 一种改进的轧辊偏心控制方法 刘淑贞·孙一康· 摘要：采用数据抽样、统计处理的手段进行原始偏心信号的重构，通过透代运算实现 偏心信号的优化修正，从而实现轧辊偏心的在线检测和在线控倒。并给出了控制系统构成和 仿真结果。 关键词：偏心控制，抽样处理，仿真，轧辊 An Improved Method for Roll Eccentricity Control Liu Shuzhen Sun Yikang ABSTRACT:The reconstruction of the roll eccentricity signal is completed by means of data sampling and statistic processing.The modification of the roll eccentricity signal is completed by way of iterative computation.An on-line detection and an on-line control method for the back-up roll eccentricity is realized.The construction of the control system and the result of simulation is given. KEY WORDS:roll eccentricity control,sample processing,simulation,roll 在板带材的轧制过程中，由于轧银（主要是支持辊）偏心的存在，导致轧出厚度和轧制 力信号的周期性变化。该被动信号的峰值取决于上下支持辊合成偏心量的大小，它的周期与 轧辊转速成正比。通常的处理方法是取其主导频率分量，将该偏心信号近似看做正弦波(2)， 而实际上，它是一复杂周期信号，除了基波分量外，还有其他谐波分量，有时谐波分量还很 显著。这时，再将其做为正弦波来处理，必然引入较大误差。此外，轧辊偏心可能是由辊身 1990-08-23收稿 ·自动化系(Department of Automation and Control Engineering) 259

第招卷第 期 马 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 。 一种改进的轧辊偏心 控制方法 刘淑 贞 ’ 孙一 康 · 摘 要 采用数据抽 样 、 统 计处理的手段进行原始 偏心 信号的重构 ， 通 过迭代运 算 实现 偏心信号 的优化修正 ， 从而实现轧辊偏心 的 在线检侧和 在线控制 。 并给出了控 制系统构成和 仿真结果 。 关健饲 偏心控 制 ， 抽 样处理 ， 仿真 ， 轧辊 “ 之 儿 犷及 ” ， 了 。 一 一 一 ， ， ， 在板带材 的轧制 过程 中 ， 由于轧辊 主要是 支持辊 偏心的存在 ， 导致轧 出厚度和轧制 力信号 的周期性变化 。 该波动信号的峰值取决于上下支持辊合成偏心量的 大小 ， 它的周期与 轧辊转速成正 比 。 通常的处理方法是取其主导频率分量 ， 将该偏心信号近似看做正弦波 ‘ ’ ， 而实际上 ， 它是一复杂周期信号 ， 除了基波分量外 ， 还有其他谐波分量 ， 有时谐波分量还 很 显著 。 这 时 ， 再将其做为正弦波来 处理 ， 必然引人较大误差 。 此外 ， 轧辊偏心可能是 由辊 身 一 一 收稿 自动化系 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1991．03．028

本身的不圆度所引起，也可能是由辊身和辊颈的不同轴度误差所产生)，实际情况常常是 两者共同作用的结果。偏心的形式、量值及其组合方式的不同，可能导致偏心信号中的主导 频率发生变化。这样，如将其近似视为正弦被，就需要在每次换辊后，鉴别一下主导频率分 量，以确定主导频率与轧辊转速的关系，显得烦琐、复杂。针对以上问题，本文提出了一种 改进的轧辊偏心控制方法，它不仅能够更加准确地检测出轧辊偏心信号，而且控制系统简 单，操作方便。 1 偏心信号的检测 借助数据抽样手段进行信号重构的前提是必须在支持辊辊颈处安装一光电脉冲发生器， 它的感应点将支持辊沿圆周线按一定数量等分，该光电脉冲发生器的作用就是能够相应于每 一部分发出一中断信号，作为采样和控制的基准。 为了防止测厚仪信号带来的时间滞后，取轧制力信号做为被采样信号。轧制力信号中除 含有偏心信号的成分外，还含有恒定分量和由来料厚度、硬度变化和张力波动等因素造成的 干扰成分。数据抽样、统计分析的任务就是在包含多种成分的轧制力信号中扣除掉恒定分 量，消去随机干扰的影响，将轧辊偏心信号重构出来。 首先，在正常轧制开始后，相应于光电脉冲发生器的每一中断信号点，记录下此时的轧 制力量值，设每周的中断点数为K,共记录： Normal rolling 转。然后根据这n×K个数据，计算出相对于每 starts 一中断点的轧制力信号之平均值，以消除随机 干扰的影响，并进而计算出轧制力中的恒定分 Sampling (n turns) 量值，最后得出相对于每一中断点的周期波动 分量值，此K个数据即为轧辊偏心在轧制力信 Reconstruetion of. initial eccentricity 名 signal 65 Eccentricity controller put into operation. 60 Time/s Sampling (one turn) Modifieation of roll eecentrieity signal Time/s 图1偏心信号校测流程图 (a)实测轧制压力波形 (b)重构的轧辊偏心波形 Fig.1 Flowchart of eccentricity 图2波形比较 signal detection Fig.2 comparison of two type of waveforms 260

本身的不 圆度所引起 ， 也可能是 由辊身和辊颈的不 同轴度误差所 产 生 “ ” ， 实际情况常常是 两者共同作用 的结果 。 偏 心的形式 、 量值及其组合 方式的不 同 ， 可能导致偏心信号 中的主导 频率发生 变化 。 这 样 ， 如 将其近似视为正弦波 ， 就需要在每 次换辊后 ， 鉴别一下主导频率分 量 ， 以确 定主导频率与轧辊转速的关系 ， 显得烦琐 、 复杂 。 针对以上问题 ， 本文提 出了一种 改进的轧辊偏心控制方法 ， 它不仅能够更加准确地检测出轧 辊偏 心 信 号 ， 而 且控制系统简 单 ， 操作方便 。 偏心信号的检测 借助数据抽 样手 段进行信号重构的前提是必须 在支持辊辊颈处安装一光 电脉 冲发生器 ， 它的感应点将支持辊沿 圆周线按 一定数量等分 ， 该光电脉 冲发生器 的作用就是能够相应于每 一部分发 出一 中断信号 ， 作为采 样和控制 的墓谁 。 为了防止侧厚仪信号 带来 的时间滞后 ， 取轧制力信号做为被采样信号 。 轧制力信号 中除 含有偏心信号 的成分外 ， 还含有恒定分量和 由来 料厚度 、 硬度变化和张力波动等因素造成的 干扰成分 。 数据抽样 、 统计分析的任务就是 在包含多种成分的轧制 力 信 号 中 扣除掉恒定分 量 ， 消去随机干扰的影响 ， 将轧辊偏心信号重构出来 。 首先 ， 在正常轧 制开 始后 ， 相应于光电脉 冲发生器的每一 中断信号点 ， 记录下此时的轧 ‘ · ’ 制力 量值 ， 设每周的 中断点数为 ， 共记 录 。 转 。 然后根据这” 个数据 ， 计算 出相对于每 一 中断 点的轧制力信号之平均值 ， 以消除随机 干扰的影响 ， 并进而计算 出轧制 力 中的恒定分 量值 ， 最后得出相对于每一中断点 的周期波动 分量值 ， 此 个数据即为轧辊偏心在轧制力信 一 卜卜 月月 从︸ 州山洲么。 。白，叨 ， 土动工 ﹄ 两﹄‘。的 八 图 偏心信号检侧流程 图 实侧轧 制压 力波 形 。 图 重构的 轧 辊偏心 波形 波形 比较

号上的反映。根据轧制力同辊缝的关系，便可得出重构的原始偏心信号，此信号即可做为后 续控制的基础。 在轧制过程中，由于轧辊热膨胀、磨损等因素的影响，轧辊偏心的量值会发生变化，因 此需要不断地对原始偏心信号进行修正。我们采用迭代的方法进行逼近，实现信号的优化修 正。 该方法的流程图如图1所示： 图2中曲线为实测的轧制压力变化波形，曲线b为按上述方法处理后的偏心信号波形。 可见，偏心信号不是纯正弦被，而是一复杂周期信号。 2控制系统伤真 以高精度四辊可逆冷轧机为控制对象，构成如图3所示的轧辊偏心控制系统。并对该系 统进行了计算机仿真。仿真结果如图4所示。 Interrupt Signal Eccentricity Reconstruetion controller Mill pulse Rolling pressure Signal Modification Sampling storation 图3控制系统框图 Fig.3 Block Diagram of Control System 1.005 1.000 VWVVw 0.995 Time/s 图4控制效果 Fig.4 Control effect 3结 论 (1)提出的轧辊偏心信号检测和控制方法，有效地解决了正常状态下正常轧制时偏心信 号的精确检测和方便控制。 (2)为进一步研究上下支持辊直径不同时的复杂情祝及加减速阶段的偏心控制提供了有 价值的思想方法。 参考文献 1 Edwards W J,Goodwin G C and Thomas P J.Roll Eccentricity Control for Strip Rolling Mills,10th IFAC World Congress,July,1987 2刘淑贞，李育苗，童朝南，孙一康。钢铁研究学报，1989，(4)：25 261

号上 的反映 。 根据轧制力同辊缝的关系 ， 便可得出重构的原始偏心信号 ， 此信号即 可做为后 续控制的基础 。 在轧制过程 中 ， 由于轧辊热 膨胀 、 磨损等因素 的 影响 ， 轧辊偏 心的量值会发生 变化 ， 因 此需要不断 地对原始偏 心信号进行修正 。 我 们采 用迭代的方法进行逼近 ， 实现信号 的优化修 正 。 该方法 的流程 图如 图 所示 图 中曲线 为实测的轧制压 力变化波形 ， 曲线 为按 上述 方法处理后 的偏 心信号波形 。 可见 ， 偏心信号不是纯正弦波 ， 而是 一复杂周期信号 。 控制系统仿真 以高精度四 辊可逆冷轧机为控制对象 ， 构成如 图 所示的轧辊偏心控制系统 。 并对该系 统进行 了计算机仿真 。 仿真结果如 图 所示 。 ， 份 图 控制 系统框 图 二钊召忿国任已。只 图 控制效果 结 论 提 出的轧辊偏心信号检测和控制方法 ， 有效地解决了正常状态下正常轧制时偏心信 号的精确检测和方便控制 。 为进一步研究上下支持辊直径不 同时的复杂 情况 及 加减速阶段的偏心控制提 供 了有 价值的思想方法 。 参 考 文 献 ， 。 ， ， ， 刘椒贞 ， 李育苗 ， 童朝南 ， 孙 一康 。 钢铁研究学报 ，