EP0424709A2 - Verfahren zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Störungen - Google Patents

Verfahren zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Störungen Download PDF

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EP0424709A2
EP0424709A2 EP90119151A EP90119151A EP0424709A2 EP 0424709 A2 EP0424709 A2 EP 0424709A2 EP 90119151 A EP90119151 A EP 90119151A EP 90119151 A EP90119151 A EP 90119151A EP 0424709 A2 EP0424709 A2 EP 0424709A2
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EP
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signal
rolling force
interference signal
controller
transfer function
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Hermann Wolters
Siegfried Latzel
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SMS Siemag AG
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SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/58—Roll-force control; Roll-gap control
    • B21B37/66—Roll eccentricity compensation systems

Definitions

  • the invention relates to a method for regulating the thickness of rolled strip and for compensating for disturbances caused by roller eccentricities according to the preamble of claim 1 and a device for carrying out this method.
  • EP-PS 0170016 includes a method for compensating for the influence of roller eccentricities in the prior art, according to which an interference signal is filtered out from the actual value of the rolling force, the roller pitch and the stand spring constant with the aid of the backup roller speed and emulated by oscillators.
  • the simulated interference signal is used to control the thickness controller for the roll stand.
  • the causes of eccentricities lie in grinding inaccuracies of the rolls, non-uniform wear, pressure fluctuations in the bearings of the rolls, thermally induced eccentricities and others. All of these disturbances can occur on each roller of the stand and are superimposed, so that very complex disturbance signal profiles result which can only be simulated to some extent exactly with considerable expenditure on oscillators.
  • the rollers used have different diameters and are therefore operated at different speeds, so that a filter controlled by the backup roller speed cannot be set optimally for all rollers. This means that eccentricities cannot be compensated for adequately even with this method.
  • the invention is based on the object of demonstrating a method for regulating the thickness of rolled strip and for compensating for roller eccentricities, with which complex roller eccentricities resulting from superimposition of several interfering influences can be exactly compensated for.
  • the invention lies further the object of further developing a device for performing the method for roller eccentricity compensation.
  • a roll stand 1 is shown schematically.
  • the rolling stand 1 has a sensor 2 for the actual rolling force F i and a sensor 3 for the actual position S i .
  • the roll stand 1 is followed by a pick-up 4 for the actual strip thickness h i of the strip that is running out.
  • the scaffolding module M is represented by a spring.
  • a thickness control system is assigned to the roll stand 1, which consists of a monitor control circuit 5, a gauge control circuit 6 and a position control circuit 7.
  • a roller eccentricity compensation control loop 8 is provided.
  • the nominal thickness h s of the strip can be entered via an input unit E.
  • the compensation circuit 8 has an A / D converter 9 at the input and a D / A converter 10 at the output.
  • a non-linear filter 11 is coupled to the A / D converter 9.
  • the A / D converter 9 continues to operate on a negator 12 which is connected to an adder 13.
  • the output of the filter 11 is also connected to the adder 13.
  • the output of the adder 13 is coupled to an identification element 14, which in turn works on a computing element 15 for calculating controller parameters.
  • the outputs of the circuit 15 and the adder 13 are connected to a controller 16.
  • the output of the controller 16 is routed via the limiter 18 and the filter 19 on the one hand to the identification element 14 and on the other hand to the D / A converter 10.
  • the function of the compensation control loop 8 is described below.
  • the compensation control circuit 8 requires the rolling force signal F i as input signals and the position setting value S AGC formed by the gaugemeter circuit 6. This only requires signals that are already available for conventional thickness control, so that additional transducers, for example for the speed, etc., are not necessary.
  • the analog rolling force actual signal F i is digitized in the A / D converter 9 and applied to the filter 11.
  • the filter 11 is a non-linear low-pass filter. In order to smooth the actual rolling force signal well, ie to separate the higher-frequency interference signal, but at the same time to be able to react quickly to changes in the amplitude of the input signal, the filter 11 is controlled by the position default value S AGC , the dynamic behavior of the position control loop 7 being taken into account at the same time.
  • the rolling force signal at the filter output is shown in the ad dierer 13 added to the actual rolling force signal F i negated in the negator 12.
  • the interference signal F s caused by the roller eccentricities is thus present at the output of the adder 13.
  • the dynamic behavior of the interference signal F s is identified in the identification element 14, ie the Z transfer function of the interference signal F s is determined.
  • the unknown parameters a 1-m , b 1-n are estimated using a recursive parameter estimation method.
  • the parameters of the controller 16 are calculated in the computing element 15 as a function of the interference signal transfer function (1) determined and with the aid of a controller synthesis method.
  • the controller 16 is thus adapted to the current interference signal behavior, and compensation signals S k are generated taking into account the desired control loop behavior and the determined interference signal F s . So that the amplitudes of the compensation signal S n are not too great If the thickness of the rolled strip could be adversely affected and switched to the position control loop 7, the compensation signal S k in the limiter 18 is limited to definable maximum amplitudes. To calm the controller output, the compensation signal S k can be smoothed with a filter 19. After D / A conversion, the compensation signal S k at the position set value S AGC de s Gaugemeternikes 6 is added. The compensation signal S k is fed back to the identification circuit 14 at the same time.

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Abstract

Bei der Regelung der Banddicke hat sich herausgestellt, daß die durch die Überlagerung mehrerer Störeinflüsse entstehenden komplexen Walzenexzentrizitäten mit den bisher bekanntgewordenen Steuerungsverfahren nicht ausreichend kompensiert werden. Um auch komplexe Walzenexzentrizitäten kompensieren zu können, wird vorgeschlagen, die Übertragungsfunktion der die Walzenexzentrizität verkörpernden Störsignals zu ermitteln und aus dieser Übertragungsfunktion Reglerparameter abzuleiten, aufgrund derer Walzenexzentrizitäts-Kompensationssignale berechnet werden können. Damit werden die Walzenexzentrizitäten nach dem adaptiven regelungstechnischen Prinzip kompensiert. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Dickenregelung von Walzband und zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitä­ten verursachten Störungen nach dem Oberbegriff des An­spruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
  • In den letzten Jahren nahmen die Forderungen nach zunehmend engeren Toleranzen in bezug auf die Dicke gewalzter Bänder ständig zu. Es wurde bald festgestellt, daß sich bei dem Versuch, diese enge Toleranzen einzuhalten, der Einfluß von Walzenexzentrizitäten nachteilig auswirkt. Aus diesem Grunde wurden Schaltungen entwickelt, die den die Walzbandqualität minimierenden Einfluß durch Walzenexzentrizitäten kompensie­ren sollten.
  • Es ist z.B. bekannt, die Exzentrizität der Walzen zunächst bei zusammengefahrenen Walzen zu messen, diese Meßwerte abzuspeichern und diese Meßwerte während des Walzvorgangs zur Kompensation der Walzenexzentrizität wieder heranzuzie­hen. Änderungen in den Exzentrizitäten der Walzen durch Walzenverschleiß, thermisch beeinflußte Veränderungen, Ver­änderungen durch Schlupf usw. können durch dieses Kompen­ sationsverfahren nicht mehr erkannt werden, so daß eine Kompensation, wenn überhaupt, nur unzureichend erfolgen kann.
  • Durch die EP-PS 0170016 gehört ein Verfahren zur Kompensa­tion des Einflusses von Walzenexzentrizitäten zum Stand der Technik, nach dem aus dem Istwert der Walzkraft, der Walzen­anstellung und der Gerüstfederkonstanten unter Zuhilfenahme der Stützwalzendrehzahl ein Störsignal herausgefiltert und über Oszillatoren nachgebildet wird. Das nachgebildete Stör­signal dient zur Steuerung des Dickenreglers für das Walzge­rüst.
  • Die Ursachen für Exzentrizitäten liegen in Schleifunge­nauigkeiten der Walzen, ungleichförmigem Verschleiß, Druck­schwankungen in den Lagern der Walzen, thermisch bedingte Exzentrizitäten und andere mehr. Alle diese Störungen können an jeder Walze des Gerüsts auftreten und überlagern sich, so daß sich sehr komplexe Störsignalverläufe ergeben, die sich nur mit erheblichem Aufwand an Oszillatoren einigermaßen genau nachbilden lassen. Hinzu kommt, daß die verwendeten Walzen unterschiedliche Durchmesser aufweisen, daher mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden, so daß ein durch die Stützwalzendrehzahl gesteuertes Filter nicht für alle Walzen optimal eingestellt werden kann. Damit lassen sich auch nach diesem Verfahren Exzentrizitäten nur unzurei­chend kompensieren.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Dickenregelung von Walzband und zur Kompensation von Walzen­exzentrizitäten aufzuzeigen, mit dem auch durch Überlagerung mehrerer Störeinflüsse entstandene komplexe Walzenexzentri­zitäten exakt kompensiert werden können. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Durch­führung des Verfahrens zur Walzenexzentrizitätskompensierung weiterzubilden.
  • Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Weiterbildende Merkmale lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.
  • Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen
    • Figur 1 die schematische Darstellung eines Walzgerüsts mit Regeleinrichtungen,
    • Figur 2 die schematische Darstellung des Walzenexzentri­zitäts-Kompensationskreises.
  • In Fig. 1 ist ein Walzgerüst 1 schematisch dargestellt. Das Walzgerüst 1 weist einen Aufnehmer 2 für die Istwalzkraft Fi und einen Aufnehmer 3 für die Istanstellung Si auf. Dem Walzgerüst 1 ist ein Aufnehmer 4 für die Istbanddicke hi des auslaufenden Bandes nachgeschaltet. Der Gerüstmodul M ist durch eine Feder dargestellt. Dem Walzgerüst 1 ist eine Dickenregelung zugeordnet, die aus einem Monitorregelkreis 5, einem Gaugemeterregelkreis 6 und einem Positionsregel­kreis 7 besteht. Zusätzlich ist ein Walzenexzentrizitäts-­Kompensationsregelkreis 8 vorgesehen. Über eine Eingabeein­heit E läßt sich die Solldicke hs des Bandes eingeben.
  • Fig. 2 zeigt den schematischen Aufbau des Walzenexzentrizi­täts-Kompensationskreises 8. Der Kompensationskreis 8 be­sitzt einen A/D-Wandler 9 am Eingang sowie einen D/A-Wandler 10 am Ausgang. Ein nichtlineares Filter 11 ist mit dem A/D-­Wandler 9 gekoppelt. Gleichzeitig ist der Ausgang des Gauge­ meterkreises 6, an dem ein Positionsvorgabewert SAGC ab­greifbar ist über ein Verzögerungsglied 17, das dem Posi­tionsvorgabewert SAGC das dynamische Verhalten des Posi­tionsregelkreises 7 aufprägt, an das Filter 11 geschaltet. Der A/D-Wandler 9 arbeitet weiterhin auf einen Negierer 12, der mit einem Addierer 13 verbunden ist. Auch der Ausgang des Filters 11 ist auf den Addierer 13 geschaltet. Der Aus­gang des Addierers 13 ist mit einem Identifikationsglied 14 gekoppelt, das wiederum auf ein Rechenglied 15 zur Berech­nung von Reglerparametern arbeitet. Die Ausgänge des Schalt­kreises 15 und des Addierers 13 sind mit einem Regler 16 verbunden. Der Ausgang des Reglers 16 ist über den Begrenzer 18 und das Filter 19 einerseits auf das Identifikations­glied 14 und andererseits auf den D/A-Wandler 10 geführt.
  • Im folgenden wird die Funktion des Kompensationsregelkreises 8 beschrieben.
    Der Kompensationsregelkreis 8 benötigt als Eingangssignale das Walzkraftsignal Fi sowie den vom Gaugemeterkreis 6 ge­bildeten Positionsvorgabewert SAGC. Damit werden lediglich Signale benötigt, die bereits für die herkömmliche Dickenre­gelung zur Verfügung stehen, so daß zusätzliche Aufnehmer z.B. für die Drehzahl usw. nicht notwendig werden.
  • Das analoge Walzkraft-Istsignal Fi wird im A/D-Wandler 9 digitalisiert und dem Filter 11 aufgeschaltet. Es handelt sich bei dem Filter 11 um ein nichtlineares Tiefpaßfilter. Um das Walzkraft-Istsignal gut zu glätten, d.h. das höher­frequente Störsignal abzutrennen, gleichzeitig aber auch schnell auf Amplitudenänderungen des Eingangssignals reagie­ren zu können, wird das Filter 11 vom Positionsvorgabewert SAGC gesteuert, wobei gleichzeitig das dynamische Verhalten des Positionsregelkreises 7 berücksichtigt wird. Das am Ausgang des Filters anstehende Walzkraftsignal wird im Ad­ dierer 13 zum im Negierer 12 negierten Walzkraft-Istsignal Fi addiert. Am Ausgang des Addierers 13 steht somit das durch die Walzenexzentrizitäten verursachte Störsignal Fs an.
  • Im Identifikationsglied 14 wird das dynamische Verhalten des Störsignals Fs identifiziert, d.h. die Z-Übertragungsfunk­tion des Störsignals Fs
    Figure imgb0001
     wird ermittelt.
    Die unbekannten Parameter a1-m, b1-n werden dabei mit Hilfe eines rekursiven Parameterschätzverfahrens geschätzt.
  • Durch die vielen sich überlagernden Exzentrizitäten muß ein sehr komplexes Störsignal Fs nachgebildet werden, wodurch eine Differentialgleichung hoher Ordnung entstehen würde. Durch Vereinfachung läßt sich die Ordnung des Störsignals in dem Modell (1) ohne große Nachteile bei der Nachbildung erheblich reduzieren, so daß die Parameter des Signalmodells On-line geschätzt werden können. Durch die Vereinfachung muß die Abtastfrequenz erhöht werden; moderne Rechner werden jedoch diesen Anforderungen gerecht.
  • Im Rechenglied 15 werden in Abhängigkeit von der ermittelten Störsignal-Übertragungsfunktion (1) und unter Zuhilfenahme eines Reglersyntheseverfahrens die Parameter des Reglers 16 berechnet. Damit wird der Regler 16 an das aktuelle Störsig­nalverhalten adaptiert, und es werden unter Berücksichtigung des gewünschten Regelkreisverhaltens und des ermittelten Störsignals Fs Kompensationssignale Sk erzeugt. Damit keine zu großen Amplituden des Kompensationssignals Sn, die die Dicke des Walzbandes nachteilig beeinflussen könnten, auf den Positionsregelkreis 7 geschaltet werden, wird das Kom­pensationssignal Sk im Begrenzer 18 auf festlegbare maximale Amplituden begrenzt. Zur Beruhigung des Reglerausgangs kann das Kompensationssignal Sk mit einem Filter 19 geglättet werden. Nach D/A-Wandlung wird das Kompensationssignal Sk zum Positionsvorgabewert SAGC des Gaugemeterkreises 6 addiert. Das Kompensationssignal Sk wird gleichzeitig zum Identifikationskreis 14 rückgeführt.
    • Bezugszeichenübersicht
    • 1 Walzgerüst
    • 2 Aufnehmer Fi
    • 3 Aufnehmer Si
    • 4 Aufnehmer hi
    • 5 Monitor-Regelkreis
    • 6 Gagemeterkreis
    • 7 Positionsregelkreis
    • 8 Walzenexzentrizitäts-Kompensationsregelkreis
    • 9 A/D-Wandler
    • 10 DA-Wandler
    • 11 Filter
    • 12 Negierer
    • 13 Addierer
    • 14 Identifikationsglied
    • 15 Rechenglied
    • 16 Regler
    • 17 Verzögerngsglied
    • 18 Begrenzer
    • 19 Filter

Claims (8)

1. Verfahren zur Dickenregelung von Walzband unter Anwendung des Gaugemeterverfahrens sowie zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Störungen, bei dem die Größe des Walzspaltes, die Walzkraft und der Gerüstmodul berücksichtigt werden,
gekennzeichnet durch
a) die an sich bekannte Trennung des auf der Exzentrizi­tät von Walzen beruhenden Störsignal (Fs) vom Walz­kraftistsignal (Fi),
b) die Identifikation des so gewonnenen Störsignals (Fs) durch Bestimmung von dessen Übertragungsfunktion,
c) die anschließende Berechnung der Reglerparameter in Abhängigkeit von der ermittelten Störsignal-Übertra­gungsfunktion und unter Zuhilfenahme eines Regler­syntheseverfahens,
d) die Ermittlung des Kompensationssignals (Sk) aus dem Störsignal (Fs) und den entsprechenden Reglerparame­tern im adaptiven Regler (16) zur Kompensation der Exzentrizitätsstörung,
e) sowie die Aufschaltung des Kompensationssignals (Sk) auf den Positionsregelkreis (7).
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Walzkraftistsignal (Fi) über ein nichtlinea­res Filter (11), welches unter Berücksichtigung des dyna­mischen Verhaltens (Verzögerungsglied 17) des Positions­regelkreises (7) mit dem Positionsvorgabewert (SAGC) angesteuert wird, das Störsignal (Fs) Herausgefiltert wird, und
daß durch Addition des so erhaltenen Walzkraftsignals mit dem Walzkraftistsignal (Fi) das Störsignal (Fs) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Störsignalverlauf im Zuge der adaptiven Regelung durch Schätzung der Parameter mittels eines rekursiven Parameterschätzverfahrens als Übertragungsfunktion On-­line nachgebildet wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß aufgrund des Störsignals (Fs) und von aus der Über­tragungsfunktion abgeleiteten Reglerparametern ein Posi­tionskorrektursignal (Sk) erzeugt wird, welches mit dem Positionsvorgabewert (SAGC) des Gaugemeterkreises (6) zum Positionssollwert (Ssoll) addiert wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Positionskorrektursignal (Sk) in seiner Amplitude begrenzbar ist und
daß durch Filtern des Reglerausgangs hochfrequente Kom­pensationssignale geglättet werden können.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, mit einem Monitor-Regelkreis (5), einem Gaugemeterregel­kreis (6), einem Positionsregelkreis (7) sowie einem Exzentrizitäts-Regelkreis (8),
gekennzeichnet durch
einen Filter (11) , welches aus dem Walzkraftistsignal (Fi), in Abhängigkeit vom Positionsvorgabewert (SAGC) des Gaugemeterkreises (6) das störsignal (Fs) herausfiltert, wobei ein Verzögerungsglied (17) dem Positionsvorgabewert (SAGC) das dynamische Verhalten des Positionsregelkreises (7) aufprägt,
einen Addierer (13), der zum so erhaltenen Walzkraftsig­nal das negierte Walzkraftistsignal (Fi) addiert,
einen Identifikationskreis (14), in dem die Übertragungs­funktion des Störsignals (Fs) ermittelt wird,
ein Rechenglied (15), das aus der Übertragungsfunktion des Störsignals (Fs) Regelparameter ableitet, und
einen adaptiven Regler (16), der aufgrund seiner Regler­struktur der Reglerparameter und des Störsignals (Fs) ein Positions-Korrektursignal (Sk) erzeugt, und dessen Aus­gang mit dem Ausgang des Gaugemeterkreises (6) auf den Positions-Regelkreis (7) geschaltet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein A/D-Wandler (9) vorgesehen ist, der das Walz­kraftistsignal (Fi) digitalisiert und daß als Filter (11) ein nichtlineares digitales Tiefpaßfilter Anwendung findet.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem adaptieven Regler (16) ein Begrenzer (18) für das Positionskorrektursignal (Sk) sowie ein Filter (19) nach­geschaltet sind.
EP90119151A 1989-10-25 1990-10-05 Verfahren zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Störungen Expired - Lifetime EP0424709B1 (de)

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DE3935434A DE3935434A1 (de) 1989-10-25 1989-10-25 Verfahren zur kompensation von durch walzenexzentrizitaeten verursachten stoerungen
DE3935434 1989-10-25

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EP0424709A2 true EP0424709A2 (de) 1991-05-02
EP0424709A3 EP0424709A3 (en) 1992-12-02
EP0424709B1 EP0424709B1 (de) 1996-09-18

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