一种精轧穿带过程中的终轧温度动态控制方法与流程

本发明涉及冶金自动化控制，具体为一种精轧穿带过程中的终轧温度动态控制方法。

背景技术：

1、精轧穿带过程中终轧温度的控制效果直接影响带钢的微观组织均匀性和最终产品性能。现有技术中，终轧温度主要依赖预设定模型进行前馈控制，辅以出口测温后的反馈调节。预设定模型依据初始工艺参数计算轧制速度和机架间冷却策略，一旦带钢开始穿带，模型参数保持固定。在实际穿带过程中，轧辊热膨胀、来料厚度波动、变形抗力变化等因素导致各机架的实际轧制力与预设定值存在明显偏差，该偏差会改变变形热和轧制功率，进而引起终轧温度的漂移。传统反馈调节仅能在带钢头部到达出口测温点后才开始介入，滞后时间较长，无法对穿带初期的温度偏差进行有效抑制。同时，机架间散热损失的计算大多采用经验公式，假定轧制速度恒定且变形抗力均匀，未考虑穿带阶段速度实时调整产生的运行时间变化以及瞬时变形抗力波动对散热量的影响。这种粗略的散热损失估算导致前序机架的出口温度预测精度不足，误差逐机架累积，最终使终轧温度控制缺乏实时性和准确性。因此，需要在穿带动态过程中及时捕捉轧制力偏差并快速修正轧制速度，以及根据实际速度与变形状态精确计算机架间散热损失补偿值，以解决终轧温度控制响应滞后和散热补偿失准的问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种精轧穿带过程中的终轧温度动态控制方法，解决现有技术中轧制力偏差未实时补偿导致终轧温度漂移以及机架间散热损失计算粗糙造成温度预测积累误差的问题，实现穿带过程中终轧温度的动态精确控制。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种精轧穿带过程中的终轧温度动态控制方法，包括以下内容：

3、获取精轧机组的入口带钢厚度和出口带钢厚度，根据所述入口带钢厚度和所述出口带钢厚度计算精轧机架的穿带压下率；根据所述穿带压下率和预设的轧制速度初始值确定穿带过程中每个机架的轧制力预设定值；在带钢头部进入精轧机组后，实时采集每个机架的实际轧制力和实际轧制速度，根据所述实际轧制力和所述轧制力预设定值之间的偏差对所述实际轧制速度进行第一次修正，得到一次修正轧制速度，由此在穿带初期快速补偿因变形条件变化引起的轧制力波动，维持轧制过程的稳定性。

4、根据所述一次修正轧制速度和带钢的瞬时变形抗力计算机架间散热损失补偿值，利用所述机架间散热损失补偿值对终轧温度预设定值进行补偿，得到补偿后的终轧温度目标值；根据所述补偿后的终轧温度目标值与出口带钢的实际终轧温度之间的差值，计算每个机架的轧制速度动态调整量，根据所述轧制速度动态调整量对所述一次修正轧制速度进行第二次修正，得到二次修正轧制速度，将所述二次修正轧制速度下发至对应机架的传动控制系统。通过引入与实时变形条件和轧制节奏相匹配的散热损失补偿，结合终轧温度闭环反馈的动态速度调整，能够显著提高带钢全长终轧温度的控制精度，减少头部与本体之间的温度偏差。

5、优选的，在确定每个机架的轧制力预设定值时，获取精轧机组的入口带钢温度和出口带钢目标温度，根据所述入口带钢温度和所述出口带钢目标温度计算穿带过程中的总温降量；根据所述总温降量和所述穿带压下率分配每个机架的温降系数，根据所述温降系数和所述预设的轧制速度初始值计算每个机架的平均变形速率；根据所述平均变形速率和带钢的化学成分确定每个机架的变形抗力预测值，将所述变形抗力预测值代入轧制力公式计算每个机架的轧制力预设定值。其中，所述轧制力公式为希尔公式或西姆斯公式，且计算过程中考虑轧辊弹性压扁效应，使得轧制力预设定值更贴近实际轧制状态，为后续的速度修正提供准确的比较基准。

6、作为本发明的一个技术方案，对实际轧制速度进行第一次修正时，计算所述实际轧制力与所述轧制力预设定值之间的偏差量，当所述偏差量超过预先设定的死区阈值时，触发速度修正程序，以避免微小波动引起不必要的速度调节；根据所述偏差量的正负符号确定速度修正方向，当所述实际轧制力大于所述轧制力预设定值时，速度修正方向为降低轧制速度，当所述实际轧制力小于所述轧制力预设定值时，速度修正方向为升高轧制速度；根据所述偏差量的绝对值和带钢的宽度确定速度修正步长，将所述速度修正步长与所述实际轧制速度叠加后作为所述一次修正轧制速度，从而实现与带钢规格和实际负载相匹配的精确速度补偿。

7、在计算机架间散热损失补偿值时，根据所述一次修正轧制速度计算带钢在相邻两个机架之间的运行时间，根据所述运行时间和带钢的比热容计算自然散热损失基准值；根据带钢的瞬时变形抗力确定变形热附加值，将所述变形热附加值叠加到所述自然散热损失基准值上得到总散热损失值；获取机架间冷却水的实际喷射密度，根据所述实际喷射密度修正所述总散热损失值，得到所述机架间散热损失补偿值。所述瞬时变形抗力根据当前机架的实际应变、应变速率和变形温度通过变形抗力模型实时计算得到。该方式综合考虑了穿带速度变化引起的运行时间改变、变形热效应以及机架间冷却条件的实际波动，使散热损失补偿值能够动态反映轧线实际热交换状态。

8、进一步地，对终轧温度预设定值进行补偿时，获取精轧机组的入口带钢实测温度，根据所述入口带钢实测温度和各机架的轧制变形热计算每个机架的出口温度预测值；将每个机架的出口温度预测值按照轧制方向依次传递，以后一个机架的入口温度等于前一个机架的出口温度减去所述机架间散热损失补偿值的方式，迭代计算出精轧末机架的出口温度预测值；计算出口带钢目标温度与所述精轧末机架的出口温度预测值的差值，将所述差值与所述终轧温度预设定值相加后作为所述补偿后的终轧温度目标值。由此，将沿轧线分布的散热损失实时反馈到终轧温度目标值中，使目标值本身更具合理性和可实现性，从根本上减小稳态控制偏差。

9、在计算轧制速度动态调整量时，将所述补偿后的终轧温度目标值减去出口带钢的实际终轧温度，得到终轧温度偏差值，将所述终轧温度偏差值输入到比例积分控制器中；根据所述比例积分控制器的输出值和带钢的瞬时厚度确定速度调整系数，将所述速度调整系数分配给精轧机组的前若干个机架，每个机架分配到的速度调整系数按照机架序号递增而递减的方式设置；将每个机架分配到的速度调整系数乘以基准速度调整量，得到每个机架对应的轧制速度动态调整量。这种将速度调整集中在前部机架并逐架递减的分配策略，可有效利用前部机架对温度影响大的特性，快速纠正终轧温度偏差，同时避免后部机架速度大幅变动影响出口厚度精度。

10、优选的，所述比例积分控制器还设置有抗积分饱和环节，当轧制速度动态调整量达到限幅值时冻结积分项的输出，防止因执行机构饱和导致控制性能恶化。更优的，所述比例积分控制器的积分时间常数根据穿带过程的阶段进行分段设置，具体为：检测带钢头部到达精轧末机架的咬钢信号，根据所述咬钢信号将穿带过程划分为头部咬钢阶段和稳定穿带阶段；在所述头部咬钢阶段，将所述比例积分控制器的积分时间常数设置为第一积分时间常数值，在所述稳定穿带阶段，将所述比例积分控制器的积分时间常数设置为第二积分时间常数值，所述第二积分时间常数值大于所述第一积分时间常数值；当检测到终轧温度偏差值的绝对值小于预先设定的稳定阈值且持续时间超过预先设定的时间窗口时，将所述比例积分控制器的积分时间常数切换回所述第一积分时间常数值。通过分段设置积分时间常数，既能在头部咬钢阶段快速响应消除初始温度偏差，又能在稳定穿带阶段避免因高频扰动引起速度抖动，兼顾了动态响应与稳态平顺性。

11、作为本发明的另一个改进方案，将所述二次修正轧制速度下发至对应机架的传动控制系统之后，还对相邻机架的轧制速度进行级联修正。具体为：获取第i机架的二次修正轧制速度与第i机架的前一次修正轧制速度之间的速度变化量，将所述速度变化量乘以级联传递系数后得到第i加一机架的速度修正前馈量；将所述速度修正前馈量叠加到第i加一机架的二次修正轧制速度上，得到第i加一机架的级联修正轧制速度；按照机架序号递增的方向依次传递，每个机架的速度修正前馈量均来源于其前一个机架的速度变化量，直至完成精轧机组所有机架的速度级联修正。该级联修正能预先协调上下游机架间的速度匹配，降低由于本机架速度调整而对相邻机架间带钢张力造成的不利影响。

12、其中，在第一次修正过程中，所述级联传递系数根据带钢的宽度和厚度动态调整，具体为：获取带钢的宽度值和入口厚度值，根据所述宽度值和所述入口厚度值计算带钢的横截面积；根据所述横截面积和带钢的屈服强度确定级联传递系数的基准值，当所述横截面积增大时增大所述级联传递系数的基准值，当所述屈服强度增大时减小所述级联传递系数的基准值；将所述基准值与机架序号相关的权重因子相乘，得到每个机架对应的级联传递系数，前序机架的权重因子大于后序机架的权重因子。这样可根据带钢的刚度和规格自动调整速度级联补偿的强弱，使级联控制对不同产品具有更好的适应性。

13、在对一次修正轧制速度进行第二次修正之前，还包括对所述轧制速度动态调整量进行限幅处理。具体为：获取精轧机组的主电机额定转速和当前负载率，根据所述主电机额定转速和所述当前负载率计算每个机架的最大允许速度调整幅度；将计算得到的轧制速度动态调整量与所述最大允许速度调整幅度进行比较，当所述轧制速度动态调整量的绝对值超过所述最大允许速度调整幅度时，将所述轧制速度动态调整量限幅为所述最大允许速度调整幅度；将限幅后的轧制速度动态调整量符号取反后叠加到相邻机架的速度调整预留量中，由所述相邻机架承担超出限幅部分的速度调整任务。该限幅与再分配机制在满足电机驱动能力和工艺约束的前提下，通过相邻机架协同分担调节任务，最大限度地实现终轧温度目标，避免因单一机架能力不足而引起的控制滞后或调节不到位。

14、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

15、根据实际轧制力与轧制力预设定值之间的偏差对实际轧制速度进行第一次修正，当实际轧制力超过预设定值时主动降低轧制速度，当实际轧制力低于预设定值时升高轧制速度。该修正直接作用于穿带阶段每个机架，在带钢尚未到达出口测温点之前即完成了基于负荷变化的速度干预，及时抑制了轧制力波动引起的变形热变化，避免了终轧温度的初始偏离进一步累积。速度修正步长由偏差量绝对值和带钢宽度确定，不同规格的带钢获得匹配的调节幅度，防止过度调节引起轧制失稳。采用带有死区阈值的触发机制，仅在轧制力偏差超出合理范围时启动修正，减少了不必要的速度波动对轧制节奏的干扰。第一次修正后的轧制速度参与机架间散热损失补偿值的计算，依据该速度获取相邻机架间实际的运行时间，再结合带钢比热容得到自然散热损失基准值，同时根据带钢的瞬时变形抗力确定变形热附加值并叠加至自然散热损失基准值，还引入机架间冷却水的实际喷射密度对总散热损失进行修正，形成包含速度影响、变形热影响和冷却强度影响的综合散热损失补偿值。将该补偿值用于修正终轧温度预设定值，使得温度目标值能够实时跟随穿带过程中散热条件的变化。基于补偿后的终轧温度目标值与出口带钢实际终轧温度的差值计算每个机架的轧制速度动态调整量并进行第二次修正，由于目标值已充分补偿了散热损失，且速度调整系数依据机架序号递增递减分配，主要调整前序机架的速度来调控温度，响应路径与温度变化传播方向一致，闭环修正的滞后效应被有效降低。此方式实现了从轧制力到温度、再由温度到速度的级联动态控制，终轧温度在穿带全程中的波动幅度减小，控制精度得到提升。