角钢连轧前滑模型的在线识别

D0I:10.13374/i.issn1001053x.1992.02.021 北京科技大学学报 第14卷第2期 Vol.14No.2 1992年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing March 1992 角钢连轧前滑模型的在线识别 苏逢西·舒朝晖·蒋金梅·苏红· 摘要：在正常连轧生产条件下，同时在线采集轧辊与轧件速度并采用电源一力矩法估 计机架间张力值，可以在线识别前滑模型。通过引入自适应校正方法，可以进一步提高辊 速的设定精度。 关键词；前滑，角钢连轧，张力，在线识别 On-Line Identification of Foward Slip Model for Continuous Rolling Steel Angles Su Fengxi'Shu Zhadhui Jiang Jinmei'Su Hong' ABSTRACT:By simultaneously sampling the roll-bar speed and estimating the tension by electric current-torque method,the forward slip model for continu- ous shape rolling can be identified on-line.More exact roll speed can be predicted by introducing the adaptive control in mill set-up system. KEY WORDS:forward slip,continuous rolling of steel angle,tension,on-line identification 高水平保持型线材连轧过程稳定性与提高产品精度，必须精确地设定辊速”：与辊缝S。:, 并实现微张力控制。过程模型化是实现过程控制必不可缺少的基础工作。本文采用在线识别 方法，建立了角钢连轧前滑的统计模型。 1991-11-27收藕 ·管理t程系(Dcpt,of Management Engincering) 250

第 蜷第 期 北 京 科 技 大 学 学 报 。 。 。 年 月 五 。 。 角钢 连轧前滑模型的在线识别 苏逢西 ， 舒 朝晖 ， 蒋金 梅 ， 苏红 ， 目 摘 要 在 正 常连 轧生产条件下 ， 同时在 线采集轧辊与轧件速度并采 用电源一力矩法估 计机架间张力值 ， 可以在线识别前滑模 型 。 通 过引人 自适应校 正 方法 ， 可以进一 步提高辊 速的设 定精度 。 茱键词 前滑 ， 角铜连 轧 ， 张力 ， 在线识 一 主 夕“ 拄 ， ’ ， ’ 作 ￡ ’ ” 夕 一 一 ， 一 一 了 。 ， ， ， ， 一 高水平保持型线材连 轧过程稳定性与提高产品精度 ， 必须精确地 设定辊速 。 ‘ 与辊缝 。 ‘ ， 并 实现微张 力控制 。 过程 模型 化是 实现过程控制必不可 缺少的基础 工作 。 本文采 用在线识别 方 法 ， 建立了角钢连 轧前滑的 统 计模型 。 一 一 收稿 ‘ 管 理工 程系 笼 林 〕 翼 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1992．02．021

1实验 为了实现前滑S.模型的在线识别，要求在正常生产条件下，在线采集轧辊与轧件速度 (v、v)以及机架间张力值。图1为在中250mm×5mm+中300m血×1mm六机架精轧机 组1)上，连轧BY3F·(40×40×4)mm角钢时各机架直流电机电枢电流I以及辊速脉冲的典 型示波照象，同时测量了入K6机架前的轧件温度t并切取了自由轧制状态的小样（图2）， k6 Tailing k5 Impulse 盟雕ULLU几M .k4 Impulse 300A k5 Tailing L300A k6 Biting ALALIAUULILL L k4 Tai.ling k4 Biting k5 Biting k3 Impulse_ 60A7- k3 Biting -14 】3 6,5 21 pulse k2 aiing暖l电业uD1d 30A 业LLyi白Otat拉nmm年血正waL 200A k3 Tailing 2LuLw L k2 Biting 4D0A1 Tailing 一.6 0.s k6 Impulse k1 Biting 图1湖量的VR、Vh与直流电机I的示波照象 Fig.1 Oscillograph of measured v.Vh and I K -54 4=1201.4 6 -59.01 --61.90- A=1081,2990℃ A=611.3850℃ K2 —60.09 -63.53 =876.51020℃ A=436 730C 60.56- -54.82- A=730 720℃ A=319.6 图2轧糊(40×40×4)mm角纲的冷态截面 I'ig 2 Cold section profile for.rolling sample of No.steel angle 251

实 验 为了实现前滑 模型 的在线 识 别 ， 要求 在正常生 产条件下 ， 在线采 集轧辊 与 轧 件 速 度 、 。 以 及机架 间张 力值 。 图 为在价 价 六 机 架 精 轧机 组 “ ’ 上 ， 连 轧 角钢 时各机架直流电机电枢 电流 以及 辊 速脉 冲的典 型示波照 象 ， 同时测 量 了 入 机架前 的轧件温度 并切取 了 自由轧制状 态 的小 样 图 ， 工 日 咬， ，。 。 ，。 一，。 。 。，，打 。 一 取 毛一、 ， 盈刀卫 口悦劝〔 钻跪 朴 二 一 图 测量的 、 与直流电机 的 示 波照象 犷 、 八二 夺 ④ ④ 二 夕 。 多 多 ， 八 日 ， 守 ’ 图 轧制 。 钓 妇 角钢的冷态截面 ’ 几

其中K6K5为切分孔，K4~K2为蝶式孔，K1为成品扎。 从图1可以分辨出六机架精连轧4角钢的12种轧制状态。根据对应图1咬、抛钢阶段的 时间坐标信息、轧辊转速脉冲以及机架间距，分别整理如下。 1.1K,机架后连轧状态的S4:值 轧件出口速度：v:=L,-1T:.-1 轧辊转速：nR=(1/1,)1(3/x:.t-1）=n{/t.-1 轧辊平均线速度：”R:=TD:nR, 前滑：S,=兰-1 (1) 式中L.-1为K,与K,-1机架间距(mm)； T.-1为K咬人到K-1咬入的间隔时间(s)多 n,T)为x。,:-1时刻内K,机架轧辊总转数多 1,、1,T)分别为轧辊三转与n,T)转在示被图上对应的长度(mm)多 平均辊径D,=(D上+D下)12； f B (x) D=2上)d/B y=y上下)为孔型轮廓线方程。 i=6时，S,为K,机架自由轧制状态的前滑值。 1.2K,机架前连轧状态的S:,值 K:+1架抛钢后，轧件在K,架与K,-1架形成K:架前连轧状态，其出、入口速度分别为 VHi=L1.T+1,多"h:=HH: 轧辊平均线速度为 可，=不D,3l”1l,t1.4 前、后滑值分别为 Sa=-1;Sa=1- (2) URI URI 式中FH、F:、4:分别为K:机架入、出口轧件断面积与延伸系数。=1时，Ss1为K,架自 由轧制状态的前滑值。 采用电流一力矩法估计机架间的张力值‘2)： 直流电机工作在满磁状态时，电枢电流变化△I反映了电磁力矩的变化 △I=Cm·中，△I 考虑差动调速系统的特点，轧辊轴的力矩变化为 △MR=(Cn中·△I,门oc…n接手）n2szB…刀BR 252

其中 为切分孔 ， 一 为蝶式孔 ， 为成品孔 。 从图 可 以分 辨 出六机架 精连 轧 角钢的 种轧制状态 。 根据对 应图 咬 、 抛钢 阶段 的 时 间坐标信息 、 轧辊转速脉 冲以 及机架 间距 ， 分别整理如下 。 ‘ 机架后连轧状态 的 ‘值 轧件 出 口 速度 ， ‘ “ 一 ， ‘ ， ‘ 一 ， 轧辊转速 。 ‘ ‘ 二 ， 一 、 矛 二 “ 一 轧辊平均 线 速度 。 ‘ 二 汀 ‘ 。 ‘ 前滑 又 。 二 李 一 刀 ‘ 式 中 ， ‘ 为 ‘ 与 ‘ 一 机架 间距 丁 ‘ 。 为了 ‘ 咬 入到 卜 ，咬 入的 间隔时 间 ’ 为 ‘ ， ‘ 一 ‘ 时刻 内 ‘ 机架 轧辊总转数， ‘ 、 矛’ 分 别为轧辊三转与 。 矛’ 转在示波图上 对 应的长度 平均辊径 ‘ 二 上 下 几 下 吠 ，二 下。 · 二 。 ，宝飞 下， 为孔型轮 廓线方程 。 时 ， ， 。 为 。 机架 自由轧制状态的前滑值 。 。 。 机架前连轧状态 的 。 值 ‘ 十 架抛钢 后 ， 轧件在尤 。 架 与 ‘ 一 架形 成 ，架前连轧状态 ， ， 其 出 、 入 口 速度分 别 为 “ ‘ 粉 君 ‘ ‘ 十 ‘ 丁 ‘ 十 ， 口 、 ， 粉。 ‘ 声‘ 轧辊 平均线 速度为 前 、 后滑值分别为 二 瓦 · 沂 丁 ， 。 · ‘ ， ， ‘ 。 ‘ 二 全 一 ， 。 ， 一 即 及 ‘ 垫，刀 夕 式中 。 ‘ 、 ， ‘ 、 产，分 别 为 ，机架 入 、 出 口轧件断面积与延伸系数 。 时 ， 。 为 架 自 由轧制状态的前滑值 。 采 用电流一 力矩 法估计机架 间的张力值 ‘ “ ’ 直流电机工 作在满磁状态时 ， 电枢 电流变 化△ 反映了 电磁力矩的变 化 △ 打 二 ， · 必△ 考虑差动调 速系统 的特点 ， 轧辊 轴的 力矩变 化 为 △ 二 。 价 · △ · ，。 · ，接 手 刃全 。 · · ， 。

式中Cp为电机常数，分别为2.12×10，(K6~K2)与1.7×10(kN）,(K1), iza为Z-B轴间的传动比； 7接手、7gR与7c为效率，分别为0.89,0.923与0.89： 2a为差速器效率，直流机正转时为0.8影反转为1/0.78；△M、△I增大时为正值。 △MR是张力力矩作用的结果，所以 △MR=△M6-△M1 式中△M,5=9·A·F； △Mgb=96AHR; A、A:与R分别为出、人口轧件断面积与轧辊平均半径； 9、9为前、后张应力。 对于六机架精连轧机组，有方程组 2:=91dmn-△M,=6,5,2) AmR q。.-1=q9fi (3) 96.6=0 按式(1)~（3)整理实测数据得到的结果见图3，其中σ，m为平均变形抗力8)。 1.0 1,0 1,% .ub 1,09 1.0 1.06L 山，以u) 0.5u.0}.0, 图3角钢连轧前滑与张力测量值散点图 前张力(·)与后张力(。)对前滑的影响 Fig.3 Measured valuc of forward slip and tension for continuous rolling of steel angle 253

“ 二 、 · 。 一 。 ‘ · ， 一 ‘ 曰 、 。 ， ‘ ，， ‘ ， 式中 。 毋为电机常数 ， 分别为“ · “ ‘ 一 ‘ ， ‘ 一 与 · ” “ 一 ’ 份 ， ‘ ‘ ， ， 为 一 轴 间的 传动 比 叮接 手 、 勺 。 与如 为效 率 ， 分别 为 。 ， 与 砖 为差 速器效 率 ， 直流机 正转时 为 。 反转为 △ 、 △ 增大时 为正值 。 △ 二 是张 力力 矩 作 用的结果 ， 所 以 △ △ 。 一 △ 了 式 中 △ ，了 ， · · 了 △ ， ， 。 · 、 · 、 与 万分 别为 出 、 人 口轧件断 面积 与轧辊平均 半径 了、 ‘ 为前 、 后张应力 。 对 于六机架 精连 轧机组 ， 有方程组 、 了、 ‘、 、、夕 ︸ ， 口比 ， 八 一 、了 奋 ，‘ 。 ‘ 。 ， 一 一 △ ‘ 、 ‘ 万 ‘ 。 ‘ 一 二 ， ‘ ， 。 按式 整理实测数据得到 的结果 见 图 ， 其 中叮 二 为平均 变形抗 力 〔 “ ， 。 丁一 厂 巴 〕 乍 口少 口， 曰口 于不争 蕊 一 一 · 一 礴二二二 一 下一下爪 一 ‘ 二二二二 。 ‘ 日 下扮屯招 图 角钢 连轧前滑 与张力 测量值散 点图 前张力 。 与后张力 。 对前滑的影 响

2建立前滑模型 图3表示前、后张力与前滑值(1+sh,)之间具有明显相关关系。为此确定角钢连轧前滑 模型的构造为 1+,=1+o)(1+c-2 (4) 1+sho)=4 式中1+sh(,为零张力状态前滑值； B、c、c为待估计的参数，结果见表1、图8与图4。 表1中相关系数r>r。.。s与图5，说明在统计范围内模型具有较高精度，可以应用于微 张力角钢连轧过程的s。,-。设定系统。 表1前滑模型参数估计结果 Table 1 Estimating value of forward slip model coefficient 孔型 1+sh(0) B Cb Cf 子样个数相关系数 f0,05 备注 开 K1 1.311 1,0681 0,2365 0.3190 0 8 0.7710 0.7067 显著 K2 1.402 1.0812 0.2365 0.3636 0.2061 16 0,8110 0.4973 显若 K3 1.195 1.053 0,2365 0.3399 0.2599 14 0.8696 0.5324 显著 K4 1.216 1.0415 0.2365 0.3415 0,2287 14 0.6590 0.5324 显著 K5 1,265 1,0464 0.2365 0.3601 0.2398 15 0.7638 0,5139 显著 K6 1,167 T.0469 0.2365 0 0.262 8 0.856 0.7067 显著 1.08 2.00 1.07 1.08 。o° 1.06 1.06 5+) 60 O KI 1.04 1.05 K 1.07 0.00 1.04 0.0 1.2 1.4 1.6 1.03 1.031.041.05 1.061.071.081.09 Measuring value (1+sh) 图！零张力轧制状态角钢前滑值与模型 图5微张力角钢连轧前模型予与实测值比较 Fig.1 Forward slip value of steel Fig.5 Comparison of measuring value angle rolling with frec tension and model predicting value 254

建立 前滑模型 图 表示前 、 后 张力与前滑 值 十 “ ‘ 之 间具 有 明显相 关关系 。 为此确定角钢连 轧 前滑 模型的 构造为 ‘ 沂“ “ ， 沂 。 ” ‘ 。 ，‘ 二 拼了 忿 ‘ ， 『 七 一 ‘ 。 名 ‘ 『 ， 褚 式 中 十 ‘ “ 为零张力状态前滑值 、 ，、 。 。 为待估计的参数 ， 结果 见表 、 图 与图 。 表 中相 关系数 ， 。 。 。 与图 ， 说 明 在统 计范围 内模型具有较高精度 ， 可 以应 用于微 张力角钢连轧过程的 。 一 。 ‘ 设定系统 。 表 前滑模型 参数估计结果 孔型 卜 ， 刀 子代个数 相关弄数 ， 。 备注 上人，︸， 。 。 。 。 。 。 。 。 。 一 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 显著 显著 显著 显著 显著 显 著 二︸︸ 才冲 月 。 。 比 ， ， ’ 台 ︶召︵州卜二。向门口二 八口血曰白产 … 月刁 ︵︶。︵占。， 。 、 即 拼 多 多 夺 》 ’ 洲 主 ‘ 。 零张力 轧 制状 态 角钢前滑值 与模型 图 微张力角钢连 轧前模型予与实 测道比较 吐 众 刹即 别 自

3结束语 不破坏正常的连轧过程，同时在线采集轧辊与轧件速度并采用电源一力矩法估计张力 值，实现了前滑模型的在线识别。在此基础上，通过引入自适应校正方法，可以进一步提高 辊速的设定精度。这个方法可以用于小型材微张力连轧的过程控制。 角钢连轧前滑模型式(4)具有较高的精度，可用于工程计算与生产控制。 参考文献 T苏逢西等·治金设备，1983，(6)：38 2苏逢西等·钢铁，1986，（9)：41 3苏逢西等·钢铁，1987，（7)：16 OT:1 255

结柬语 不破坏正常 的连 轧过程 ， 同时在线采集轧辊 与轧件速度并采 用电源一力矩法 估 计 张 力 值 ， 实现 了前滑模型 的在线识别 。 在此基础 上 ， 通过引人 自适应校正方 法 ， 可以 进一步提高 辊 速的 设定精度 。 这个方法可以用 于 小型材微张 力连轧的过程控制 。 角钢连轧前滑模型式 具 有较高的精度 ， 可 用 于工程计算与生 产控制 。 参 苏逢西等 冶金设备 ， ， 考 文 献 苏逢 西等 · 钢 铁 ， ， 苏逢西等 · 钢铁 ， ， 今叫︸时