銅加工冷軋機(jī)板型控制方法研究

竇 鋒，孔垂青，劉 松，魏志毅，王 果

（中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710032）

銅加工冷軋機(jī)板型是影響銅加工冷軋機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵因素，銅加工冷軋機(jī)板型控制方法作為提高板型平整度的關(guān)鍵技術(shù)，具有十分重要的研究意義。但目前來(lái)看，我國(guó)銅加工冷軋機(jī)板型控制方法較為落后，主要通過(guò)磨削軋輥原始凸度的方法加以控制，導(dǎo)致很難滿足銅加工冷軋機(jī)板型多變的軋制情況，在控制后很容易出現(xiàn)板型質(zhì)量問(wèn)題[1]。在后續(xù)的研究中，相關(guān)學(xué)者提出了動(dòng)態(tài)分配負(fù)荷系數(shù)的方法，在銅加工冷軋機(jī)板型控制精度方面取得了一定的研究成果，但軋出要求的板凸度仍然無(wú)法滿足板型平直度的目標(biāo)。因此，創(chuàng)新銅加工冷軋機(jī)板型控制方法是時(shí)下的熱點(diǎn)研究話題。考慮到銅加工冷軋機(jī)板型控制整體流程十分復(fù)雜，對(duì)數(shù)學(xué)模型的精度具有極高的要求，與此同時(shí)，需要結(jié)合先進(jìn)的控制理念，致力于適應(yīng)銅加工冷軋機(jī)板型控制多擾動(dòng)、多變量的需求。本文以此為研究前提，提出銅加工冷軋機(jī)板型控制方法研究，希望能夠通過(guò)分析影響銅加工冷軋機(jī)板型控制的主要原因，設(shè)計(jì)出一種新型銅加工冷軋機(jī)板型控制方法，通過(guò)降低控制偏度系數(shù)，為提高銅加工冷軋機(jī)的板形質(zhì)量提供方法支持。

1 影響銅加工冷軋機(jī)板型控制的主要原因

在銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程中，影響板型控制的主要原因大致可通過(guò)4點(diǎn)加以概括，分別為：軋輥問(wèn)題、坯料尺寸不規(guī)范、受熱冷卻不均勻以及輥縫設(shè)置不符合要求。軋輥問(wèn)題主要是指在高強(qiáng)熱軋時(shí)，帶鋼輥因會(huì)受到極大的軋制力，導(dǎo)致銅加工冷軋機(jī)板型出現(xiàn)熱凸、磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，致使板型控制過(guò)程失效[2]。不僅如此，如果軋輥?zhàn)陨聿牧腺|(zhì)量不合理，在銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程中必然會(huì)出現(xiàn)側(cè)彎，此現(xiàn)象是無(wú)法通過(guò)控制方法進(jìn)行修復(fù)的，必須加以重視。坯料尺寸不規(guī)范主要會(huì)影響斷層的厚度，降低銅加工冷軋機(jī)板型控制時(shí)寬度方向的延伸性，影響控制精度。受熱冷卻不均勻會(huì)產(chǎn)生大量的應(yīng)力，一旦其應(yīng)力數(shù)值超出標(biāo)準(zhǔn)值，必然會(huì)對(duì)銅加工冷軋機(jī)板型的平整度造成很大的影響，常見(jiàn)情況包括：寬邊邊浪或者是小邊浪，進(jìn)而增加銅加工冷軋機(jī)板型控制的難度。輥縫設(shè)置不符合要求會(huì)導(dǎo)致單邊差值相對(duì)較大，在此種情況下，銅加工冷軋機(jī)板型控制無(wú)法針對(duì)板型整體進(jìn)行，使之銅加工冷軋機(jī)板型一遍控制精度符合標(biāo)準(zhǔn)，則另一邊會(huì)出現(xiàn)控制失效的情況。

2 銅加工冷軋機(jī)板型控制方法

本文設(shè)計(jì)的銅加工冷軋機(jī)板型控制方法整體示意圖，如圖1所示。

圖1 銅加工冷軋機(jī)板型控制方法示意圖

結(jié)合圖1所示，下文針對(duì)圖中的3點(diǎn)主要流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定

為了控制銅加工冷軋機(jī)板型，在帶鋼進(jìn)入銅加工冷軋機(jī)之前，必須根據(jù)板型的長(zhǎng)度、寬度、厚度以及材質(zhì)等信息，計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定[3]。以計(jì)算的方式獲取板形控制所需的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。基于銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程復(fù)雜、多樣化的特點(diǎn)，運(yùn)用自動(dòng)化控制模式采用由內(nèi)向外逐級(jí)原則計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定。首先，計(jì)算帶鋼的比例凸度，設(shè)帶鋼的比例凸度為V，則有公式（1）。

在公式（1）中，L指的是軋輥直徑；S指的是軋輥的熱磨損系數(shù)。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程中的橫移位置，設(shè)銅加工冷軋機(jī)板型的橫移位置為U，則有公式（2）。

在公式（2）中，N指的是軋制力數(shù)值大小，為實(shí)數(shù)；P指的是銅加工冷軋機(jī)板型目標(biāo)平直度。最后，計(jì)算彎輥力，設(shè)彎輥力為H，則其計(jì)算公式，如公式（3）所示。

通過(guò)公式（3），可得出銅加工冷軋機(jī)板型控制彎輥力，為控制銅加工冷軋機(jī)板型數(shù)據(jù)變量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。根據(jù)獲取的銅加工冷軋機(jī)板型控制參數(shù)得知，部分?jǐn)?shù)據(jù)是銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程中會(huì)受到頻繁使用。因此，本文運(yùn)用自動(dòng)化控制模式，通過(guò)輸入脈沖的頻率精準(zhǔn)控制銅加工冷軋機(jī)板型數(shù)據(jù)變量。銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程數(shù)據(jù)變量定義表，如表1所示。

表1 銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程數(shù)據(jù)變量定義表

根據(jù)表1所示，完成銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程數(shù)據(jù)變量定義后，可以應(yīng)用自動(dòng)化控制模式中的Single MHz環(huán)的控制類(lèi)型載波捕獲靈敏度，通過(guò)調(diào)整載波捕獲靈敏度，完成銅加工冷軋機(jī)板型控制。設(shè)自動(dòng)化控制模式下載波捕獲靈敏度的計(jì)算表達(dá)式為△P，則有公式（4）。

在公式（4）中，Y指的是控制類(lèi)型參數(shù)；J指的是帶鋼內(nèi)部殘余應(yīng)力足。根據(jù)上述計(jì)算公式，可計(jì)算出銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定。

2.2 銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)

計(jì)算銅加工冷軋機(jī)板型預(yù)設(shè)定后，可知銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程是動(dòng)態(tài)變化的，因此銅加工冷軋機(jī)板型控制屬于短期自學(xué)習(xí)過(guò)程，可通過(guò)銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)調(diào)整板型控制偏差。基于此，設(shè)計(jì)銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)模型，假定該模型表達(dá)式為F，則有公式（5）。

在公式（5）中，ε指的是上塊帶鋼的彎輥力偏差；?指的是上塊帶鋼的彎輥力微調(diào)值。通過(guò)銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)模型，自動(dòng)調(diào)節(jié)銅加工冷軋機(jī)板型控制中產(chǎn)生的偏差，進(jìn)一步提高銅加工冷軋機(jī)板型控制精度。

2.3 控制銅加工冷軋機(jī)板型

通過(guò)銅加工冷軋機(jī)板型平直度自學(xué)習(xí)，綜合分析銅加工冷軋機(jī)板型控制的歷史趨勢(shì)。以此為依據(jù)，設(shè)銅加工冷軋機(jī)板型控制方程為E，則有公式（6）。

在公式（6）中，vk指的是在帶鋼的比例凸度下的銅加工冷軋機(jī)板型前饋控制正序無(wú)功功率；s指的是控制特征；W指的是板凸度反饋彎輥力修正量。通過(guò)公式（6）可以將銅加工冷軋機(jī)板型控制看作是控制點(diǎn)的一種延伸，將銅加工冷軋機(jī)板型控制過(guò)程內(nèi)所包含的板型控制信息無(wú)縫承接。與此同時(shí)，本文得出的控制方程表達(dá)方式能夠被計(jì)算機(jī)識(shí)別，可以通過(guò)該控制方程實(shí)現(xiàn)銅加工冷軋機(jī)板型控制。為了提高銅冷軋機(jī)板形控制信息頻率跟蹤的核心，控制基于A/D轉(zhuǎn)換輸出的銅冷軋機(jī)板形缺陷檢測(cè)接口，采用了自動(dòng)控制模式下的頻率跟蹤功能。當(dāng)波形發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)用作時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，控制頻率在可變負(fù)載狀態(tài)下具有負(fù)相關(guān)。因此，其最小值便為跟蹤點(diǎn)控制頻率的最大值。為提高銅加工冷軋機(jī)板型控制精度，本文通過(guò)記錄每次控制信號(hào)的板型平直度，以此獲取板型控制實(shí)時(shí)的狀態(tài)。如果當(dāng)前記錄值高于上一記錄值，則保留當(dāng)前值，否則保留上一記錄值。在驅(qū)動(dòng)電源變負(fù)載狀態(tài)下，當(dāng)銅加工冷軋機(jī)板形控制信息頻率增加超過(guò)額定值時(shí)，記錄額定范圍內(nèi)的最大控制信息頻率。假定超聲驅(qū)動(dòng)振動(dòng)諧波頻率在此范圍內(nèi)，此時(shí)狀態(tài)下控制信息頻率對(duì)應(yīng)的頻率值即為關(guān)鍵變量。在實(shí)際運(yùn)用銅加工冷軋機(jī)板型控制方法控制時(shí)，能夠根據(jù)獲得相關(guān)過(guò)程控制信息，實(shí)時(shí)掌握板型控制情況，控制銅加工冷軋機(jī)板型。至此，完成銅加工冷軋機(jī)板型控制方法設(shè)計(jì)。

3 實(shí)例分析

3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)選擇某銅加工冷軋機(jī)板型生產(chǎn)線作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，包括：一套2100mm半連續(xù)銅加工冷軋機(jī)生產(chǎn)線以及平整分卷機(jī)組。彎輥力設(shè)計(jì)范圍在500kN～13000kN之間；軋制力設(shè)計(jì)范圍在-50kN～500kN之間。本次實(shí)例分析內(nèi)容為控制銅加工冷軋機(jī)板型，并將控制偏度系數(shù)作為實(shí)驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)，控制偏度系數(shù)越低證明該控制方法的控制精度越高。首先，使用本文設(shè)計(jì)方法，控制銅加工冷軋機(jī)板型，通過(guò)matalb軟件測(cè)得其控制偏度系數(shù)，設(shè)為實(shí)驗(yàn)組；再使用傳統(tǒng)方法，控制銅加工冷軋機(jī)板型，通過(guò)matalb軟件測(cè)得其控制偏度系數(shù)，設(shè)為對(duì)照組。在此次的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10h，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

3.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出兩種控制方法的控制偏度系數(shù)，具體結(jié)果如表2所示。

表2 控制偏度系數(shù)對(duì)比表

通過(guò)圖2可得出如下的結(jié)論：本文設(shè)計(jì)的控制方法在相同的測(cè)試時(shí)間中控制偏度系數(shù)相較于對(duì)照組更低，控制精度更高，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)銅加工冷軋機(jī)板型的精準(zhǔn)控制，具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值，值得被大力推廣。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)控制方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過(guò)本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)銅加工冷軋機(jī)板型控制中存在的精度低的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次控制偏度系數(shù)測(cè)定結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高控制偏度系數(shù)測(cè)定結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來(lái)針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)銅加工冷軋機(jī)板型加工方法的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高銅加工冷軋機(jī)板型質(zhì)量提供專(zhuān)業(yè)性建議。