基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制方法及其装置

技术领域

本发明涉及轧钢控制技术领域，尤其涉及一种基于双弯辊油路的轧机工 作辊弯辊力控制方法及其装置。

背景技术

板形是衡量冷轧板带材产品品质的重要指标之一，液压弯辊是目前使用 最为广泛的一种板形控制手段，通过向工作辊或中间辊颈施加液压弯辊力， 使轧辊产生附加弯曲变形，从而改变轧机承载辊缝的形状和轧后带材厚度的 横向分布，由此达到控制带材板形的目的。在轧制过程中，为了保证板形良 好，弯辊力控制系统还需要对轧制力的误差进行实时快速的补偿，并要求以 较高精度趋近于弯辊力设定值。因此弯辊力控制系统的动态品质和稳态精度 将直接影响板形的好坏。

轧机上常使用的工作辊弯辊系统有几种，其中一种采用了双弯辊油路的 形式，即在弯辊力总设定值不太大的时候只需要一条油路提供弯辊力，而在 弯辊力总设定值超过了一条油路所能提供的最大弯辊力的情况下，另一条油 路可以进行辅助，提供所需的剩余弯辊力。这样每一条油路上的设备都不用 承担太大负荷，从而节省了设备成本。由于上述优点，在许多轧机上使用了 这种弯辊设备，其缺点是需要额外配置两个电磁阀控制两条油路的正负弯方 向，而且弯辊力控制方法较为复杂。

由于增加了两个可换向的电磁阀，两条弯辊油路都可以正弯和负弯，控 制方法中必须明确两条油路的弯辊力设定值分配方法、正负弯切换方法、死 区处理方法、弯辊力控制器形式以及轧制力偏差的前馈弯辊力补偿算法，这 样弯辊控制方法就变得较为复杂。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控 制方法及其装置，旨在实现对两条油路的弯辊力设定值进行合理分配，同时 减小轧制力误差对板形控制的不良影响。

为实现上述目的，本发明提供一种基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力 控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据工作辊总弯辊力设定值分配两条弯辊油路的弯辊力设定值，并对落 入切换死区范围内的弯辊力设定值进行重新分配；

获取两条弯辊油路的弯辊力实际值，并根据获取的弯辊力实际值使用比 例积分控制器调整两条弯辊油路的弯辊力；

根据轧制力误差计算前馈弯辊力补偿量后，根据计算出的前馈弯辊力补 偿量更新总弯辊力设定值以供更新所述两条弯辊油路的弯辊力设定值。

优选地，所述根据工作辊总弯辊力设定值分配两条弯辊油路的弯辊力设 定值，并对落入切换死区范围内的弯辊力设定值进行重新分配的步骤具体包 括：

根据工作辊总弯辊力设定值的取值，以让油路发挥最大能力的原则分配 两条弯辊油路的弯辊力设定值；

按照弯辊力设定值增大和减小两个方向讨论当两条弯辊油路落入切换死 区范围时，分别对两条弯辊油路的弯辊力设定值进行死区处理。

优选地，所述获取两条弯辊油路的弯辊力实际值，并根据获取的弯辊力 实际值使用比例积分控制器调整两条弯辊油路的弯辊力的步骤具体包括：

获取两条弯辊油路上弯辊液压缸的油压传感器测量值，并根据所述油压 传感器测量值分别计算两条弯辊油路的弯辊力实际值；

根据两条弯辊油路的弯辊力实际值和弯辊力设定值，使用比例积分控制 器计算两条弯辊油路的控制量，以供伺服阀调整两条弯辊油路的弯辊力；

将计算的控制量输出到伺服阀后，控制两条弯辊油路的实际弯辊力达到 弯辊力设定值。

优选地，所述根据轧制力误差计算前馈弯辊力补偿量后，根据计算出的 前馈弯辊力补偿量更新总弯辊力设定值以供更新所述两条弯辊油路的弯辊力 设定值的步骤具体包括：

根据轧制力实际值、轧制力设定值、轧制力最大值以及弯辊力最大值计 算弯轧力差值；

根据计算出的弯轧力差值使用比例微分控制器计算前馈弯辊力补偿值；

将计算出的前馈弯辊力补偿值对总弯辊力设定值进行补偿，以供更新所 述两条弯辊油路的弯辊力设定值。

优选地，所述根据轧制力误差计算前馈弯辊力补偿量后，根据计算出的 前馈弯辊力补偿量更新总弯辊力设定值以供更新所述两条弯辊油路的弯辊力 设定值的步骤中，当处于正常轧制状态时对所述总弯辊力设定值进行更新。

本发明进一步提出一种基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制装置， 包括：

弯辊力设定值分配模块，用于根据工作辊总弯辊力设定值分配两条弯辊 油路的弯辊力设定值，并对落入切换死区范围内的弯辊力设定值进行重新分 配；

弯辊力调整模块，用于获取两条弯辊油路的弯辊力实际值，并根据获取 的弯辊力实际值使用比例积分控制器调整两条弯辊油路的弯辊力；

总弯辊力设定值更新模块，用于根据轧制力误差计算前馈弯辊力补偿量 后，根据计算出的前馈弯辊力补偿量更新总弯辊力设定值以供更新所述两条 弯辊油路的弯辊力设定值。

优选地，所述弯辊力设定值分配模块具体用于：根据工作辊总弯辊力设 定值的取值，以让油路发挥最大能力的原则分配两条弯辊油路的弯辊力设定 值；按照弯辊力设定值增大和减小两个方向讨论当两条弯辊油路落入切换死 区范围时，分别对两条弯辊油路的弯辊力设定值进行死区处理。

优选地，所述弯辊力调整模块具体用于：获取两条弯辊油路上弯辊液压 缸的油压传感器测量值，并根据所述油压传感器测量值分别计算两条弯辊油 路的弯辊力实际值；根据两条弯辊油路的弯辊力实际值和弯辊力设定值，使 用比例积分控制器计算两条弯辊油路的控制量，以供伺服阀调整两条弯辊油 路的弯辊力；将计算的控制量输出到伺服阀后，控制两条弯辊油路的实际弯 辊力达到弯辊力设定值。

优选地，所述总弯辊力设定值更新模块具体用于：根据轧制力实际值、 轧制力设定值、轧制力最大值以及弯辊力最大值计算弯轧力差值；根据计算 出的弯轧力差值使用比例微分控制器计算前馈弯辊力补偿值；将计算出的前 馈弯辊力补偿值对总弯辊力设定值进行补偿，以供更新所述两条弯辊油路的 弯辊力设定值。

优选地，当处于正常轧制状态时对所述总弯辊力设定值进行更新。

本发明提出的基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制方法，将工作辊 总弯辊力设定值的取值分为多个范围进行讨论，初步分配给两条弯辊油路， 分配原则让油路发挥最大能力，从而减轻了设备维护工作量。另外，本实施 例中，在获取到弯辊力实际值后，使用PI控制器控制两条油路的弯辊力实际 值达到其设定值，从而提高了调整精度。另外，考虑到轧制力偏差对板形控 制造成的影响，根据轧制力偏差计算出弯辊力补偿值，并附加到总弯辊力设 定值上去，从而可减小轧制力误差对板形控制的不良影响。另外，对两条弯 辊油路的弯辊力设定值初步分配后进行死区处理，从而实现了对两条弯辊油 路的弯辊力设定值进行合理分配与控制。

附图说明

图1为本发明基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制方法优选实施例 的流程示意图；

图2为图1中步骤S10的细化流程示意图；

图3为图1中步骤S20的细化流程示意图；

图4为图1中步骤S30的细化流程示意图；

图5为本发明基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制装置优选实施例 的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步 说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。

本发明提出一种基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制方法。

参照图1，图1为本发明基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制方法优 选实施例的流程示意图。

本优选实施例中，一种基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制方法， 包括以下步骤：

步骤S10，根据工作辊总弯辊力设定值分配两条弯辊油路的弯辊力设定值， 并对落入切换死区范围内的弯辊力设定值进行重新分配；

步骤S20，获取两条弯辊油路的弯辊力实际值，并根据获取的弯辊力实际 值使用比例积分控制器调整两条弯辊油路的弯辊力；

步骤S30，根据轧制力误差计算前馈弯辊力补偿量后，根据计算出的前馈 弯辊力补偿量更新总弯辊力设定值以供更新所述两条弯辊油路的弯辊力设定 值。执行完步骤S30再继续执行步骤S10，不断循环。

本实施例以轧机采用16个弯辊液压缸为例具体说明，其中8个液压缸连 接在一起组成一条弯辊油路，记为弯辊油路1，弯辊油路1上安装有一个油压 传感器和一个伺服阀，油压传感器提供该弯辊油路的油压，弯辊控制器1给 出伺服阀1的控制量，伺服阀1控制弯辊油路1达到设定的弯辊力；另8个 液压缸连接在一起组成另一条弯辊油路，记为弯辊油路2，弯辊油路2上也安 装有一个油压传感器和一个伺服阀，弯辊控制器2给出伺服阀2的控制量后， 伺服阀2控制弯辊油路2达到设定的弯辊力。一般在所需要的弯辊力不太大 的情况下，使用弯辊油路1提供正弯力，使用弯辊油路2提供负弯力。弯辊 油路1可提供的最大弯辊力记为F_1,max，弯辊油路2可提供的最大负弯辊力为 -F_2,max，其中0<F_1,max,F_2,max<1。

在两条弯辊油路上各安装了一个电磁阀，该阀门可控制弯辊油路的正负 弯方向。举例来说，设某弯辊油路提供10％的弯辊力，如果该弯辊油路上的电 磁阀处于正弯状态，那么该弯辊油路就提供10％的正弯力；如果该电磁阀处于 负弯状态，那么该弯辊油路就提供10％的负弯力。

由于弯辊缸T型头同轴承座之间存在间隙，在正弯和负弯切换的时候需 要通过这么一段间隙，造成切换过程存在死区，设切换死区的范围为[-DEA， DEA]，弯辊力不能设置在切换死区范围内。在弯辊力控制方法中，为避免接 近切换死区且留有一定裕量，一般设置一个更大的范围作为正负弯的切换范 围，设该范围为[-SWI，SWI]，其中SWI>DEA>0。举例来说，当某弯辊油路的 切换死区范围为[-1.5％，1.5％]时，则可设置切换范围为[-3％，3％]。

需要说明的是，上述弯辊力的设定值和实际值都采用了相对方式，即相 对于最大弯辊力的百分比形式，即实际值和设定值都为最大弯辊力乘以上述 百分比得到。

具体地，参照图1，步骤S10具体包括：

步骤S101，根据工作辊总弯辊力设定值F_RB，set的取值，以让油路发挥最大 能力的原则分配两条弯辊油路的弯辊力设定值；因大多数情况是使用一条弯 辊油路提供所需弯辊力，油路发挥最大能力是指将弯辊油路的弯辊力设定值 设为其最大弯辊力。

具体按以下方法分配两条弯辊油路的弯辊力设定值：

A、当(F_1,max-SWI)≤F_RB,set≤1时，分配弯辊油路1的弯辊力设定值为 F_1,set＝F_1,max，弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2,set＝F_RB,set-F_1,max；

B、当0≤F_RB,set<(F_1,max-SWI)时，分配弯辊油路1的弯辊力设定值为 F_1,set＝F_RB,set+SWI，分配弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2,set＝-SWI；

C、当-F_2,max+SWI≤F_RB,set<0时，分配弯辊油路1的弯辊力设定值 为SWI，分配弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2,set＝F_RB,set-SWI；

D、当-1≤F_RB,set<(-F_2,max+SWI)时，分配弯辊油路1的弯辊力设定 值为F_1,set＝F_RB,set+F_2,max，分配弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2,set＝ -F_2,max。

在首次设定工作辊总弯辊力设定值F_RB,set时，可根据轧机的工作状态和当 前的工作参数初步设定一个值，后面在步骤S30时再对工作辊总弯辊力设定 值进行更新和校准。

为更好说明对两条弯辊油路的弯辊力设定值的分配方法，以工作辊总弯 辊力设定值位于范围A中为例具体说明，设F_1,max＝0.7,SWI＝0.03，则工况 A的设定值分配方法为：当0.67≤F_RB,set≤1时，分配弯辊油路1的弯辊力设 定值为F_1,set＝0.7，弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2,set＝F_RB,set-0.7。

步骤S102，按照弯辊力设定值增大和减小两个方向讨论当两条弯辊油路 落入切换死区范围时，分别对两条弯辊油路的弯辊力设定值进行死区处理。

在上述的4种取值范围中，当工作辊总弯辊力设定值在范围B和C中， 两条弯辊油路的设定值都不经过切换死区，不需要额外处理。

当工作辊总弯辊力设定值在范围A中，弯辊油路2的工作范围为 [-SWI,(1-F_1,max)]，会经过切换死区，在该范围内会发生正负弯切换。

工作辊总弯辊力设定值在范围D中，弯辊油路1的工作范围为 [(F_2,max-1),SWI]，会经过切换死区，在该范围内会发生正负弯切换。一般 而言，正负弯切换范围中包含切换死区，在正负弯切换范围[-SWI，SWI]之外， 两条弯辊油路的设定值不需要进一步处理，按照步骤A中所述的分配值即可。 而在正负弯切换范围内变化时，需要进行切换死区处理。

步骤S1021，若弯辊油路1的弯辊力设定值F_1,set逐渐增大，从-SWI变化 到SWI的过程中，弯辊油路1最终的弯辊力设定值F2_1,set可以分为三个阶段， 具体分配原则如下：

${F2}_{1,\mathrm{set}}=\left(\begin{array}{c}{F}_{1,\mathrm{set}},-\mathrm{SWI}\le F_{1,\mathrm{set}}<-\mathrm{DEA}\\ -\mathrm{DEA},-\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{DEA}\\ -\mathrm{DEA},\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{SWI}\end{array}\right);$

上述公式中，当弯辊油路1的弯辊力设定值在[-SWI,-DEA]范围内时不 需进行额外处理，即保持F_1,set。而当其在正向通过切换死区[-DEA，DEA]范围 时，弯辊油路1的弯辊力设定值保持为-DEA值不变，通过切换死区后，从DEA 到SWI变化时也仍然保持为-DEA值不变，弯辊油路1的电磁阀也始终保持在 负弯状态，直到F_1,set≥SWI以后，电磁阀才会切换到正弯状态，弯辊力设定 值也会直接从-DEA跳变到SWI，然后继续跟随F_1,set增大。

步骤S1022，若弯辊油路1的弯辊力设定值F_1,set逐渐减小，从SWI变化到 -SWI的过程中，弯辊油路1最终的弯辊力设定值F2_1,set可以分为三个阶段， 具体分配原则如下：

${F2}_{1,\mathrm{set}}=\left(\begin{array}{c}{F}_{1,\mathrm{set}},\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{SWI}\\ \mathrm{DEA},-\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{DEA}\\ \mathrm{DEA},-\mathrm{SWI}\le F_{1,\mathrm{set}}<-\mathrm{DEA}\end{array}\right);$

上述公式中，弯辊油路1的弯辊力设定值在[DEA,SWI]范围内时不需进行 额外处理，即保持F_1,set。而当其在负向通过切换死区[-DEA，DEA]范围时，弯 辊油路1弯辊力设定值保持为DEA值不变，通过切换死区后，从-DEA到-SWI 变化时也仍然保持为DEA值不变，弯辊油路1的电磁阀也始终保持在正弯状 态，直到F_1,set≤-SWI以后，电磁阀才会切换到负弯状态，弯辊力设定值也 会直接从DEA跳变到-SWI，然后继续跟随F_1,set减小。

上述步骤S1021和步骤S1022具体说明了对弯辊油路1进行死区处理的 方法，同理，弯辊油路2的最终的弯辊力设定值F2_2,set的处理方法同弯辊油路 1的方法一致，也分为正向和负向通过切换死区两种情况，取值的方法同弯辊 油路1一致。

综上所述，大多数工况下总弯辊力设定值并不太大，即处于[(-F_2,max+ SWI),(F_1,max-SWI)]范围内，主要采用一条弯辊油路就可以提供所需弯辊力， 此时(包括正负弯切换范围)都没有弯辊油路处于切换死区，两条弯辊油路 的弯辊力设定值之和可以完全等于工作辊总弯辊力设定值。而在总弯辊力设 定值较大的时候，超过了一条弯辊油路能够提供的最大弯辊力后，需要另一 条弯辊油路也提供一定的弯辊力。此时由于有一条弯辊油路要通过切换死区， 在两段较小的范围内，即[F_1,max-SWI,F_1,max+SWI]和[-F_2,max- SWI,-F_2,max+SWI]范围内，两条弯辊油路的弯辊力设定值之和不能完全达到 总设定值。鉴于弯辊力总设定值正好处于这两小段范围内的情况很少见，并 不会对整体弯辊力的控制品质造成太大影响。

具体地，参照图3，步骤S20具体包括：

步骤S201，获取两条弯辊油路上弯辊液压缸的油压传感器测量值，并根 据所述油压传感器测量值分别计算两条弯辊油路的弯辊力实际值；

两条弯辊油路上的弯辊液压缸上都安装有油压传感器，根据油压测量值 按下列公式计算每条弯辊油路提供的弯辊力实际值：

F_1,act＝N×(P_1,norod×S_1,norod-P_1,rod×S_1,rod)；

F_2,act＝N×(P_2,norod×S_2,norod-P_2,rod×S_2,rod)；

上述公式中，F_1,act和F_2,act分别为弯辊油路1和弯辊油路2的弯辊力实际 值，N为弯辊油路上弯辊缸的个数，例如本实施例中，N＝8，P_1,norod和P_2,norod分 别为油压传感器测量的弯辊油路1和弯辊油路2的液压缸无杆腔压强，S_1,norod和S_2,norod分别为弯辊油路1和弯辊油路2的液压缸无杆腔面积，P_1,rod和P_2,rod分别为弯辊油路1和弯辊油路2的液压缸有杆腔压强，S_1,rod和S_2,rod分别为弯 辊油路1和弯辊油路2的液压缸有杆腔面积。一般而言，弯辊液压缸的有杆 腔压强不变化，只提供一个固定的背压，即P_1,rod和P_2,rod为常数。

步骤S202，根据两条弯辊油路的弯辊力实际值和弯辊力设定值，使用比 例积分控制器计算两条弯辊油路的控制量，以供伺服阀调整两条弯辊油路的 弯辊力；

两条弯辊油路的弯辊力控制器都采用了比例积分控制器，控制量U_1,PI和 U_2,PI计算方法为：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{1,\mathrm{PI}}=\mathrm{PI}({F2}_{1,\mathrm{set}}-F_{1,\mathrm{act}})=\\ K_{P1}\times [({F2}_{1,\mathrm{set}}-F_{1,\mathrm{act}})+\frac{T_A}{T_{N1}}\times {\Sigma }_{i=1}^n({F2}_{1,\mathrm{set}}-F_{1,\mathrm{act}})];\end{array}\right)$

$\left(\begin{array}{c}{U}_{2,\mathrm{PI}}=\mathrm{PI}({F2}_{2,\mathrm{set}}-F_{2,\mathrm{act}})=\\ K_{P2}\times [({F2}_{2,\mathrm{set}}-F_{2,\mathrm{act}})+\frac{T_A}{T_{N2}}\times {\Sigma }_{i=1}^n({F2}_{2,\mathrm{set}}-F_{2,\mathrm{act}})];\end{array}\right)$

上述公式中，PI表示比例积分控制器，F2_1,set和F2_2,set分别为弯辊油路1 和弯辊油路2最终的弯辊力设定值(当不经过切换死区时，F2_1,set和F2_2,set分 别为F_1,set和F_2,set)，K_P1和K_P2分别为两条弯辊油路的PI控制器比例参数，T_A为 可编程逻辑控制器(PLC)采样时间，例如可取为2ms，T_N1和T_N2分别为两条 弯辊油路的PI控制器积分时间参数，n表示当前采样时刻。

步骤S203，将计算的控制量输出到伺服阀后，控制两条弯辊油路的实际 弯辊力达到其对应的弯辊力设定值。

将计算的控制量限制在伺服阀最大工作范围内，然后分别通往弯辊油路1 和弯辊油路2的伺服阀，从而控制两条弯辊油路的实际弯辊力分别达到其设 定值。

具体地，参照图4，步骤S30具体包括：

步骤S301，根据轧制力实际值、轧制力设定值、轧制力最大值以及弯辊 力最大值计算弯轧力差值；

具体采用以下公式计算轧制力差值转化的弯辊力差值ΔF_RB

${\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}=({\mathrm{RF}}_{\mathrm{act}}-{\mathrm{RF}}_{\mathrm{set}})\times \frac{F_{\mathrm{RB},\max }}{{\mathrm{RF}}_{\max }};$

上述公式中，ΔF_RB为转化的弯辊力差值，RF_act为轧制力实际值，RF_set为 轧制力设定值，F_RB，max为弯辊力最大值，RF_max为轧制力最大值。

步骤S302，根据计算出的弯轧力差值使用比例微分控制器计算前馈弯辊 力补偿值；

使用比例微分控制器计算轧制力前馈弯辊力补偿值F_RB，com：

$F_{\mathrm{RB},\mathrm{com}}=\mathrm{PD}\left({\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}\right)=K_{P3}\times \{{\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}+\frac{T_D}{T_A}\times [{\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}\left(n\right)-{\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}(n-1)\left]\right\};$

上述公式中，PD表示比例微分控制器，K_P3为PD控制器比例参数，T_D为 PD控制器微分时间参数，T_A为PLC采样时间，n和n-1分别表示当前采样时 刻和前一采样时刻。

步骤S303，将计算出的前馈弯辊力补偿值对总弯辊力设定值进行补偿， 以供更新所述两条弯辊油路的弯辊力设定值。

需要说明的是，对总弯辊力设定值进行补偿前提是处于正常轧制状态， 此时才对所述总弯辊力设定值进行更新。处于正常轧制状态指不处于初期穿 带、末期甩尾、断带时的情况下，并启用板形控制的时候，才启用轧制力误 差的弯辊力补偿方法，此时将弯辊力补偿值附加到弯辊力设定值上去，即：

F_RB，set＝F_RB，FLC+F_RB，com；

上述公式中，F_RB，FLC为板形控制计算机给出的工作辊总弯辊力设定值， 在启用轧制力误差补偿时加上弯辊力补偿值F_RB，com，可以减小轧制力误差对 板形控制效果的不良影响。

本发明提出的基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制方法，将工作辊 总弯辊力设定值的取值分为多个范围进行讨论，初步分配给两条弯辊油路， 分配原则让油路发挥最大能力，从而减轻了设备维护工作量。另外，本实施 例中，在获取到弯辊力实际值后，使用PI控制器控制两条油路的弯辊力实际 值达到其设定值，从而提高了调整精度。另外，考虑到轧制力偏差对板形控 制造成的影响，根据轧制力偏差计算出弯辊力补偿值，并附加到总弯辊力设 定值上去，从而可减小轧制力误差对板形控制的不良影响。另外，对两条弯 辊油路的弯辊力设定值初步分配后进行死区处理，从而实现了对两条弯辊油 路的弯辊力设定值进行合理分配与控制。

本发明进一步提出一种基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制装置。

参照图5，图5为本发明基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制装置优 选实施例的结构示意图。

本优选实施例中，基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制装置包括：

弯辊力设定值分配模块10，用于根据工作辊总弯辊力设定值分配两条弯 辊油路的弯辊力设定值，并对落入切换死区范围内的弯辊力设定值进行重新 分配；

弯辊力调整模块20，用于获取两条弯辊油路的弯辊力实际值，并根据获 取的弯辊力实际值使用比例积分控制器调整两条弯辊油路的弯辊力；

总弯辊力设定值更新模块30，用于根据轧制力误差计算前馈弯辊力补偿 量后，根据计算出的前馈弯辊力补偿量更新总弯辊力设定值以供更新所述两 条弯辊油路的弯辊力设定值。

本实施例以轧机采用16个弯辊液压缸为例具体说明，其中8个液压缸连 接在一起组成一条油路，记为油路1，油路1上安装有一个油压传感器和一个 伺服阀，油压传感器提供该油路的油压，弯辊控制器1给出伺服阀1的控制 量，伺服阀1控制油路1达到设定的弯辊力；另8个液压缸连接在一起组成 另一条油路，记为油路2，油路2上也安装有一个油压传感器和一个伺服阀， 弯辊控制器2给出伺服阀2的控制量，伺服阀2控制油路2达到设定的弯辊 力。一般在所需要的弯辊力不太大的情况下，使用油路1提供正弯力，使用 油路2提供负弯力。油路1可提供的最大弯辊力记为F_1，max，油路2可提供的 最大负弯辊力为-F_2，max，其中0<F_1，max，F_2，max<1。

在两条弯辊油路上各安装了一个电磁阀，该阀门可控制油路的正负弯方 向。举例来说，设某油路提供10％的弯辊力，如果该油路上的电磁阀处于正弯 状态，那么该油路就提供10％的正弯力；如果该电磁阀处于负弯状态，那么该 油路就提供10％的负弯力。

由于弯辊缸T型头同轴承座之间存在间隙，在正弯和负弯切换的时候需 要通过这么一段间隙，造成切换过程存在死区，设切换死区的范围为[-DEA， DEA]，弯辊力不能设置在切换死区范围内。在弯辊力控制方法中，为避免接 近切换死区且留有一定裕量，一般设置一个更大的范围作为正负弯的切换范 围，设该范围为[-SWI，SWI]，其中SWI>DEA>0。举例来说，当某油路的切换 死区范围为[-1.5％，1.5％]时，则可设置切换范围为[-3％，3％]。

需要说明的是，上述弯辊力的设定值和实际值都采用了相对方式，即相 对于最大弯辊力的百分比形式，即实际值与设定值都为最大弯辊力乘以上述 百分比得到。

弯辊力设定值分配模块10具体用于：根据工作辊总弯辊力设定值的取值， 以让油路发挥最大能力的原则分配两条弯辊油路的弯辊力设定值；按照弯辊 力设定值增大和减小两个方向讨论当两条弯辊油路落入切换死区范围时，分 别对两条弯辊油路的弯辊力设定值进行死区处理。

具体按以下方法分配两条弯辊油路的弯辊力设定值：

A、当(F_1,max-SWI)≤F_RB，set≤1时，分配弯辊油路1的弯辊力设定值 为F_1，set＝F_1，max，弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2，set＝F_RB，set-F_1，max；

B、当0≤F_RB，set<(F_1，max-SWI)时，分配弯辊油路1的弯辊力设定值 为F_1，set＝F_RB，set+SWI，分配弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2，set＝-SWI；

C、当-F_2，max+SWI≤F_RB，set<0时，分配弯辊油路1的弯辊力设定值 为SWI，分配弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2，set＝F_RB，set-SWI；

D、当-1≤F_RB，set<(-F_2，max+SWI)时，分配弯辊油路1的弯辊力设定 值为F_1，set＝F_RB，set+F_2，max，分配弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2，set＝ -F_2，max。

在首次设定工作辊总弯辊力设定值F_RB，set时，可根据轧机的工作状态和当 前的工作参数初步设定一个值，后面再进行步骤S30时再对工作辊总弯辊力 设定值进行更新。

为更好说明两条弯辊油路的弯辊力设定值的分配方法，以工作辊总弯辊 力设定值位于A中为例具体说明，设F_1，max＝0.7,SWI＝0.03，则工况A的设 定值分配方法为：当0.67≤F_RB，set≤1时，分配弯辊油路1的弯辊力设定值为 F_1，set＝0.7，弯辊油路2的弯辊力设定值为F_2，set＝F_RB，set-0.7。

在上述的4种取值范围中，当工作辊总弯辊力设定值在范围B和C中， 两条弯辊油路的设定值都不经过切换死区，不需要额外处理。

当工作辊总弯辊力设定值在范围A中，弯辊油路2的工作范围为 [-SWI,(1-F_1，max)]，会经过切换死区，在该范围内会发生正负弯切换。

工作辊总弯辊力设定值在范围D中，弯辊油路1的工作范围为 [(F_2，max-1),SWI]，会经过切换死区，在该范围内会发生正负弯切换。一般 而言，正负弯切换范围中包含切换死区，在正负弯切换范围[-SWI，SWI]之外， 两条弯辊油路的设定值不需要进一步处理，按照步骤A中所述的分配值即可。 而在正负弯切换范围内变化时，需要进行切换死区处理。

步骤S1021，若弯辊油路1的弯辊力设定值F_1，set逐渐增大，从-SWI变化 到SWI的过程中，弯辊油路1最终的弯辊力设定值F2_1，set可以分为三个阶段， 具体分配原则如下：

${F2}_{1,\mathrm{set}}=\left(\begin{array}{c}{F}_{1,\mathrm{set}},-\mathrm{SWI}\le F_{1,\mathrm{set}}<-\mathrm{DEA}\\ -\mathrm{DEA},-\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{DEA}\\ -\mathrm{DEA},\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{SWI}\end{array}\right);$

上述公式中，当弯辊油路1的弯辊力设定值在[-SWI,-DEA]范围内时不 需进行额外处理，即保持F_1，set。而当其在正向通过切换死区[-DEA，DEA]范围 时，弯辊油路1的弯辊力设定值保持为-DEA值不变，通过切换死区后，从DEA 到SWI变化时也仍然保持为-DEA值不变，弯辊油路1的电磁阀也始终保持在 负弯状态，直到F_1，set≥SWI以后，电磁阀才会切换到正弯状态，弯辊力设定 值也会直接从-DEA跳变到SWI，然后继续跟随F_1，set增大。

步骤S1022，若弯辊油路1的弯辊力设定值F_1，set逐渐减小，从SWI变化到 -SWI的过程中，弯辊油路1最终的弯辊力设定值F2_1，set可以分为三个阶段， 具体分配原则如下：

${F2}_{1,\mathrm{set}}=\left(\begin{array}{c}{F}_{1,\mathrm{set}},\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{SWI}\\ \mathrm{DEA},-\mathrm{DEA}\le F_{1,\mathrm{set}}<\mathrm{DEA}\\ \mathrm{DEA},-\mathrm{SWI}\le F_{1,\mathrm{set}}<-\mathrm{DEA}\end{array}\right);$

上述公式中，弯辊油路1的弯辊力设定值在[DEA，SWI]范围内时不需进 行额外处理，即保持F_1，set。而当其在负向通过切换死区[-DEA，DEA]范围时， 弯辊油路1弯辊力设定值保持为DEA值不变，通过切换死区后，从-DEA到-SWI 变化时也仍然保持为DEA值不变，弯辊油路1的电磁阀也始终保持在正弯状 态，直到F_1，set≤-SWI以后，电磁阀才会切换到负弯状态，弯辊力设定值也 会直接从DEA跳变到-SWI，然后继续跟随F_1，set减小。

上述步骤S1021和步骤S1022具体说明了对弯辊油路1进行死区处理的 方法，弯辊油路2的最终的弯辊力设定值F2_2,set的处理方法同弯辊油路1的方 法一致，也分为正向和负向通过切换死区两种情况，取值的方法同弯辊油路1 一致。

综上所述，大多数工况下总弯辊力设定值并不太大，即处于[(-F_2，max+ SWI),(F_1，max-SWI)]范围内，主要采用一条弯辊油路就可以提供所需弯辊力， 此时(包括正负弯切换范围)都没有弯辊油路处于切换死区，两条弯辊油路 的弯辊力设定值之和可以完全等于工作辊总弯辊力设定值。而在总弯辊力设 定值较大的时候，超过了一条弯辊油路能够提供的最大弯辊力后，需要另一 条弯辊油路也提供一定的弯辊力。此时由于有一条弯辊油路要通过切换死区， 在两段较小的范围内，即[F_1,max-SWI,F_1，max+SWI]和[-F_2，max- SWI,-F_2，max+SWI]范围内，两条弯辊油路的弯辊力设定值之和不能完全达到 总设定值。鉴于弯辊力总设定值正好处于这两小段范围内的情况很少见，并 不会对整体弯辊力的控制品质造成太大影响。

弯辊力调整模块20具体用于：获取两条弯辊油路上弯辊液压缸的油压传 感器测量值，并根据所述油压传感器测量值分别计算两条弯辊油路的弯辊力 实际值；根据两条弯辊油路的弯辊力实际值和弯辊力设定值，使用比例积分 控制器计算两条弯辊油路的控制量，以供伺服阀调整两条弯辊油路的弯辊力； 将计算的控制量输出到伺服阀后，控制两条弯辊油路的实际弯辊力达到弯辊 力设定值。

两条弯辊油路上的弯辊液压缸上都安装有油压传感器，根据油压测量值 按下列公式计算每条弯辊油路提供的弯辊力实际值：

F_1，act＝N×(P_1，norod×S_1，norod-P_1，rod×S_1，rod)；

F_2，act＝N×(P_2，norod×S_2，norod-P_2，rod×S_2，rod)；

上述公式中，F_1，act和F_2，act分别为弯辊油路1和弯辊油路2的弯辊力实际 值，N为弯辊油路上弯辊缸的个数，例如本实施例中，N＝8，P_1，norod和P_2，norod分别为油压传感器测量的弯辊油路1和弯辊油路2的液压缸无杆腔压强， S_1，norod和S_2，norod分别为弯辊油路1和弯辊油路2的液压缸无杆腔面积，P_1，rod和P_2，rod分别为弯辊油路1和弯辊油路2的液压缸有杆腔压强，S_1，rod和S_2，rod分 别为弯辊油路1和弯辊油路2的液压缸有杆腔面积。一般而言，弯辊液压缸 的有杆腔压强不变化，只提供一个固定的背压，即P_1，rod和P_2，rod为常数。

两条弯辊油路的弯辊力控制器都采用了比例积分控制器，控制量U_1，PI和 U_2，PI计算方法为：

$\left(\begin{array}{c}{U}_{1,\mathrm{PI}}=\mathrm{PI}({F2}_{1,\mathrm{set}}-F_{1,\mathrm{act}})=\\ K_{P1}\times [({F2}_{1,\mathrm{set}}-F_{1,\mathrm{act}})+\frac{T_A}{T_{N1}}\times {\Sigma }_{i=1}^n({F2}_{1,\mathrm{set}}-F_{1,\mathrm{act}})];\end{array}\right)$

$\left(\begin{array}{c}{U}_{2,\mathrm{PI}}=\mathrm{PI}({F2}_{2,\mathrm{set}}-F_{2,\mathrm{act}})=\\ K_{P2}\times [({F2}_{2,\mathrm{set}}-F_{2,\mathrm{act}})+\frac{T_A}{T_{N2}}\times {\Sigma }_{i=1}^n({F2}_{2,\mathrm{set}}-F_{2,\mathrm{act}})];\end{array}\right)$

上述公式中，PI表示比例积分控制器，F2_1，set和F2_2，set分别为弯辊油路1 和弯辊油路2最终的弯辊力设定值(当不经过切换死区时，F2_1，set和F2_2，set分 别为F_1，set和F_2，set)，K_P1和K_P2分别为两条弯辊油路的PI控制器比例参数，T_A为 可编程逻辑控制器(PLC)采样时间，例如可取为2ms，T_N1和T_N2分别为两条 弯辊油路的PI控制器积分时间参数，n表示当前采样时刻。

将计算的控制量限制在伺服阀最大工作范围内，然后分别通往弯辊油路1 和弯辊油路2的伺服阀，从而控制两条弯辊油路的实际弯辊力分别达到其设 定值。

总弯辊力设定值更新模块30具体用于：根据轧制力实际值、轧制力设定 值、轧制力最大值以及弯辊力最大值计算弯轧力差值；根据计算出的弯轧力 差值使用比例微分控制器计算前馈弯辊力补偿值；将计算出的前馈弯辊力补 偿值对总弯辊力设定值进行补偿，以供更新所述两条弯辊油路的弯辊力设定 值。

具体采用以下公式计算轧制力差值转化的弯辊力差值ΔF_RB

${\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}=({\mathrm{RF}}_{\mathrm{act}}-{\mathrm{RF}}_{\mathrm{set}})\times \frac{F_{\mathrm{RB},\max }}{{\mathrm{RF}}_{\max }};$

上述公式中，ΔF_RB为转化的弯辊力差值，RF_act为轧制力实际值，RF_set为 轧制力设定值，F_RB，max为弯辊力最大值，RF_max为轧制力最大值。

使用比例微分控制器计算轧制力前馈弯辊力补偿值F_RB，com：

$F_{\mathrm{RB},\mathrm{com}}=\mathrm{PD}\left({\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}\right)=K_{P3}\times \{{\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}+\frac{T_D}{T_A}\times [{\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}\left(n\right)-{\mathrm{\Delta F}}_{\mathrm{RB}}(n-1)\left]\right\};$

上述公式中，PD表示比例微分控制器，K_P3为PD控制器比例参数，T_D为 PD控制器微分时间参数，T_A为PLC采样时间，n和n-1分别表示当前采样时 刻和前一采样时刻。

需要说明的是，对总弯辊力设定值进行补偿前提是处于正常轧制状态， 此时才对所述总弯辊力设定值进行更新。处于正常轧制状态指不处于初期穿 带、末期甩尾、断带时的情况下，并启用板形控制的时候，才启用轧制力误 差的弯辊力补偿方法，此时将弯辊力补偿值附加到弯辊力设定值上去，即：

F_RB，set＝F_RB，FLC+F_RB，com；

上述公式中，F_RB，FLC为板形控制计算机给出的工作辊总弯辊力设定值， 在启用轧制力误差补偿时加上弯辊力补偿值F_RB，com，可以减小轧制力误差对 板形控制效果的不良影响。

本发明提出的基于双弯辊油路的轧机工作辊弯辊力控制装置，将工作辊 总弯辊力设定值的取值分为多个范围进行讨论，初步分配给两条弯辊油路， 分配原则让油路发挥最大能力，从而减轻了设备维护工作量。另外，本实施 例中，在获取到弯辊力实际值后，使用PI控制器控制两条油路的弯辊力实际 值达到其设定值，从而提高了调整精度。另外，考虑到轧制力偏差对板形控 制造成的影响，根据轧制力偏差计算出弯辊力补偿值，并附加到总弯辊力设 定值上去，从而可减小轧制力误差对板形控制的不良影响。另外，对两条弯 辊油路的弯辊力设定值初步分配后进行死区处理，从而实现了对两条弯辊油 路的弯辊力设定值进行合理分配与控制。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是 利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其 他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。