一种二十辊轧机工作辊智能抽辊控制方法与流程

本发明属于冶金自动化及轧制智能控制，具体地说是一种二十辊轧机工作辊智能抽辊控制方法。

背景技术：

1、二十辊轧机是极薄高强带材精密轧制的核心装备，产品厚度达微米级、轧件初始强度达吉帕级。其工艺过程复杂，传统机理模型适用性差、多参数控制相互耦合。二十辊轧机通过第一中间辊的轴向抽动（抽辊）实现对板形的调节，但抽辊并非孤立动作—辊系为工作辊、一中间辊、二中间辊、支撑辊逐级嵌套的塔型结构，抽辊改变一中间辊位置后，接触状态与受力分布沿辊系逐级传递，影响范围波及整个辊系。

2、在精密轧制过程中，入口带钢线速度突变是产生张力弹性振荡的直接起因。张力变化改变带钢变形抗力引起厚度波动，厚度变化又反作用于张力，形成张力-厚度耦合波动。该振荡作为外部激励传递至辊系，激发各辊的耦合振动。在此动态干扰下，按稳态工况设计的初始抽辊策略难以保证控制效果，且抽辊动作本身会改变辊间接触状态，与振荡相互叠加、交叉耦合。

3、现有抽辊策略多为静态设定，缺少对动态扰动传播路径的系统分析，也缺乏在振荡干扰下评估抽辊受力可行性、识别策略敏感参数并实施动态修正的完整闭环。

4、为此，本发明提供了一种二十辊轧机工作辊智能抽辊控制方法。

技术实现思路

1、为了弥补现有技术的不足，解决背景技术中所提出的至少一个技术问题。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种二十辊轧机工作辊智能抽辊控制方法，包括以下步骤：

3、s10：采集入口张力和各辊系振动监测信号，经时域互相关与传递函数辨识，计算扰动沿工作辊、一中间辊、二中间辊、支撑辊逐级传播的衰减系数与延迟时间，输出各辊受扰幅值谱与相位差矩阵，标定传播主路径与能量聚集节点；

4、s20：基于各辊受扰幅值谱，代入辊系接触力学模型，计算振荡下各辊接触力、摩擦力及抽辊执行机构驱动力的变化量，输出附加阻力谱与行程偏差分布，判定抽辊执行可行性边界；

5、s30：依据附加阻力谱与可行性边界，将原始抽辊策略各参数与附加阻力进行频域匹配，计算各参数在振荡频带下的响应灵敏度，识别强耦合敏感参数，输出策略失配度排序与关键修正项清单；

6、s40：依据修正项清单与失配度排序，以可行性边界为约束，针对敏感参数设计补偿量叠加至原始策略，生成修正后的控制参数组合，并回代入s10与s20复核，确认各辊受力及行程满足要求后下发执行，后续扰动复现时自动触发s10至s30复测。

7、作为本发明进一步的技术方案：步骤s10中，采集入口张力和各辊系振动监测信号的具体方式为：

8、在轧机入口处部署张力计实时采集带钢张力波动信号，同时在每个辊系的轴承座位置布置加速度传感器，分别采集工作辊、一中间辊、二中间辊和支撑辊的垂直振动信号，所有传感器以相同的采样频率同步采集。

9、作为本发明进一步的技术方案：步骤s10中，计算扰动传播的衰减系数与延迟时间、输出各辊受扰幅值谱与相位差矩阵的具体方式为：

10、以入口张力波动信号为参考信号，以各辊振动信号为响应信号进行互相关运算，互相关函数峰值点对应的时间偏移量为总延迟时间，相邻两级辊的总延迟时间相减得级间传播耗时；

11、对信号做傅里叶变换，计算各频率点响应幅值与参考幅值的比值得到传递增益，各级传递增益相乘得总衰减系数、相邻两级相除得级间衰减量；各辊振动幅值按频率排序得各辊受扰幅值谱，各辊相位两两相减得相位差矩阵。

12、作为本发明进一步的技术方案：步骤s10中，标定传播主路径与能量聚集节点的具体方式为：

13、从各辊受扰幅值谱中提取幅值最大值及其对应频率为主频带；沿辊系层级顺序，以主频带下相邻两级传递增益损失最小且传播耗时最短的一级所在路径为传播主路径；

14、以主频带下响应幅值最大的辊位为主能量聚集节点，若节点幅值大于前级幅值且差值超过所有相邻辊位幅值差平均值则判定为汇聚点，若大于后级幅值且差值超过平均值则判定为释放源头。

15、作为本发明进一步的技术方案：步骤s20中，辊系接触力学模型的架构为：

16、以二十辊轧机塔型辊系为对象，包含工作辊、一中间辊、二中间辊和支撑辊四层；模型以各辊垂直方向受力平衡为基本方程，各辊受到的上层辊压力、自身重力与向下层辊压力之和为零；

17、辊间接触力依据赫兹接触理论按压扁量非线性计算，各辊摩擦力取接触力与摩擦系数的乘积，抽辊执行机构驱动力为一中间辊所受摩擦力的反作用力与弹性恢复力之和。

18、作为本发明进一步的技术方案：步骤s20中，计算振荡下各辊接触力、摩擦力及驱动力变化量的具体方式为：

19、将各辊受扰幅值谱中主频带对应的幅值按相位差矩阵对应的相位关系计算各辊各时刻相对于初始位置的偏移量，作为附加位移输入辊系接触力学模型，用动态接触力减去初始接触力得各接触力变化量；

20、各辊摩擦力变化量取接触力变化量与摩擦系数的乘积；抽辊执行机构驱动力变化量取一中间辊摩擦力变化量与弹性恢复力变化量之和；各变化量按频率排序得各力的变化量谱。

21、作为本发明进一步的技术方案：步骤s20中，输出附加阻力谱与行程偏差分布、判定可行性边界的具体方式为：

22、将驱动力变化量谱取绝对值后按频率排序得到附加阻力谱；将附加阻力值除以执行机构等效刚度系数得到行程偏移量，按辊位和频率排列成行程偏差分布表；

23、对比各辊接触力变化量是否超过屈服极限对应的接触力阈值，对比行程偏差是否超过最大允许行程范围，将所有未超限且行程可达的工况对应的附加阻力幅值范围作为可行性边界输出。

24、作为本发明进一步的技术方案：步骤s30中，频域匹配及响应灵敏度计算的具体方式为：

25、提取原始抽辊策略中的窜辊量、窜辊速度、窜辊加速度及调整时序作为控制参数；对每个参数在允许调节范围内施加单位幅值正弦扫描信号，扫描频率覆盖附加阻力谱主频带范围，通过辊系接触力学模型计算参数变化引起的驱动力变化量并记录随频率的变化曲线；

26、将曲线各频率点幅值与附加阻力谱在同一频率点的幅值比对，比值越大则该参数在该频率下的响应灵敏度越高，将灵敏度值按频率排序得到各参数的灵敏度曲线。

27、作为本发明进一步的技术方案：步骤s30中，识别强耦合敏感参数及输出失配度排序与修正清单的具体方式为：

28、将各策略参数的灵敏度曲线与附加阻力谱进行逐频率点重合度分析，若某参数在主频带内的平均灵敏度大于所有参数平均灵敏度总均值的设定倍数则判定为强耦合敏感参数；

29、敏感参数的失配度取当前设定值与可行性边界约束下最优值之间的偏差绝对值除以全量程最大可调幅度；修正清单取失配度排序前三位的参数，并补充所有判定的敏感参数中当前设定值与边界值的余量小于全量程设定百分比的参数，标明各参数当前设定值、边界约束值及需调整方向和幅度。

30、作为本发明进一步的技术方案：步骤s40中，按失配度从大到小处理敏感参数，失配度达到第一阈值时取较大比例系数、达到第二阈值时取中等比例系数、低于第二阈值时取较小比例系数，用当前设定值与边界值的差值乘以比例系数作为补偿量叠加生成修正值，超出边界时取边界值；

31、将修正后参数组合回代入s10与s20复核，所有辊接触力及行程均满足要求后下发执行；以设定时间窗口检测入口速度变化超过额定速度设定百分比时自动触发s10至s30复测，对比修正清单变化幅度是否超过设定阈值决定沿用或重新修正。

32、本发明的有益效果如下：本发明通过s10对入口张力与各辊系振动信号进行互相关分析与传递函数辨识，计算扰动沿工作辊、一中间辊、二中间辊、支撑辊逐级传播的衰减系数与延迟时间，输出各辊受扰幅值谱与相位差矩阵并标定传播主路径与能量聚集节点，解决了动态扰动在复杂塔型辊系中传播至各级辊的强度大小与先后次序无法确定、能量集中位置无法定位的技术问题。通过s20将各辊受扰幅值谱代入辊系接触力学模型计算振荡下各辊接触力、摩擦力及抽辊执行机构驱动力的变化量，输出附加阻力谱与行程偏差分布并判定可行性边界，解决了动态扰动下抽辊执行机构需克服的附加阻力无法量化计算、执行机构是否可达及其可执行范围无法判定的技术问题。通过s30将原始抽辊策略各参数与附加阻力进行频域匹配，计算各参数的响应灵敏度并识别强耦合敏感参数，输出策略失配度排序与关键修正项清单，解决了无法从多个策略参数中定量识别与扰动强耦合的参数、各参数偏离最优值的程度及其调整优先级无法排序的技术问题。通过s40依据修正项清单与失配度排序按失配度区间分别取对应比例系数设计补偿量叠加至原始策略，生成修正后的控制参数组合并回代入s10与s20复核验证后下发执行，同时建立后续扰动复现时自动触发s10至s30复测的闭环机制，解决了缺乏从扰动传播分析到策略在线修正的完整闭环、修正量无法定量确定、修正后缺乏验证手段、同类扰动再次出现时无法自动响应的技术问题，实现了抽辊控制从静态设定到动态自适应的转变。