板带轧机轧辊偏心补偿的仿真研究

高启明,吴莉莉（邯郸学院，河北邯郸,056005）



板带轧机轧辊偏心补偿的仿真研究

高启明,吴莉莉
（邯郸学院，河北邯郸,056005）

摘要：随着对带钢质量要求的提高，轧辊偏心已成为影响产品质量的重要因素。本文在冷轧轧机的板厚控制模型的基础上，建立了300冷轧机的偏心补偿控制方法。本文利用小波对轧制力信号进行多层分解，将偏心信号与干扰和噪声分离，并进行优化补偿，通过实时控制对轧辊偏心进行补偿，仿真结果表明，该方法能够有效补偿轧辊偏心对板厚的影响。

关键词：冷轧机;偏心补偿;小波转换;降噪

项目名称：板带轧机轧制过程的仿真研究

0 引言

轧辊偏心已成为影响带钢质量的重要因素。随着带钢质量要求的提高，轧辊偏心对产品质量的影响已经不容忽视。本文通过小波分解轧制力信号分解为过个独立频率的轧制力信号，通过轧制力模型对板厚进行补偿。通过小波转换能够将偏心信号从从高频噪声信号中分离出来。然后，通过抑制高频噪声信号，对轧辊偏心信号进行补偿和控制。

1 轧辊偏心对带钢厚度的影响

轧辊偏心会使轧辊间的间隙减小，进而在轧制过程中产生附加的轧制力，附加轧制力会造成轧机发生弹性变形，其公式如下：

由公式（1）和（2）可知，由于偏心的存在，使得辊缝实际距离减小，轧制力增大。由于轧制力增大，这就会造成轧机AGC系统进一步增大压力进行压下操作，使得板材厚度误差进一步增大。

2 小波降噪

一个含有噪声的信号的一维模型可以用下式来表示：

在实际应用中，实际的信号往往都是低频信号，而噪声都是高频信号，因此为了将实际信号从中提取出来，就需要进行降噪处理，降噪的过程如下：

第一步对信号进行分解，通过选择小波函数和信号分解的层次，将信号进行小波分解。

第二步对信号进行去噪，通过选择不同的阈值对各个层次的信号进行高频过滤，即软阈值或者硬阈值处理。

3 偏心补偿

在实际的轧制过程中，板带轧机往往会受到进料硬度的变化以及张力的变化的影响，因此，在获取轧辊轧制力信号的时候，本文采用空压靠方法来测量轧制力信号。将采集到的轧制力信号先进行预处理，然后将预处理后的信号进行小波分解和降噪，进而建立轧辊的偏心数学模型。轧机轧辊偏心补偿的方案如图1所示。

图1　轧辊偏心补偿系统框图

下面以实验室300mm实验轧机为例进行轧机模型的建立，因为采用空压靠法进行轧制力信号采集，因此信号不会受到来料硬度和张力的影响，这样采集得到的信号更加准确。采集到的轧制力信号如图2所示。

对采集得到的轧制力信号进行相干平均法预处理，然后对预处理后的轧制力信号进行小波分解。本文将轧制力信号通过Matlab小波工具箱进行小波降噪处理。在Matlab小波工具箱中选取具有5阶消失矩的小波函数daubechies5将原始信号分解成3层。然后进行小波去噪，选取降噪函数wden进行软阈值去噪。基于rigrsure规则，按照Stein无偏似然估计原则选择适应性阈值，按照非白噪声的比例选择阈值尺度改变的比例，对高频信号进行去噪处理。最后，通过重构信号得到降噪后的信号S1。信号的小波分解如图3所示。比较前、后的去噪信号如图4所示。

图3　信号的小波分解

图4　去噪前后的信号

如图3所示，通过小波分解将轧制力信号分解为三层，其中d1、d2和d3为高频信号，a3为低频信号，经过小波去噪后如图4所示，信号的高频部分被有效过滤，信号变得更加光滑，信号的特征更加明显。

下面将得到的轧制力信号作为轧机AGC控制系统的输入，则可以的得到轧机的轧辊位移的响应曲线，如图5所示。

图5　压下位移曲线

然后将经过小波处理的轧辊偏心信号反向输入轧机AGC控制系统，对轧辊变心进行补偿，则得到的输出曲线如图6所示。

图6　补偿后轧机压下位移曲线

如图6所示，通过方向加入偏心补偿信号后，轧机AGC系统的压下位移得到了有效补偿，补偿后，基本消除了轧辊偏心对板厚的影响，偏心扰动减小了85%。提高了系统的性能和带钢的厚度精度。

4 结束语

将小波变换应用于轧辊偏心补偿控制，可以准确地分析轧辊偏心信号，通过对轧辊偏心的补偿可以更有效地消除轧辊偏心对带钢厚度控制的影像。基于小波变换的轧机偏心补偿的仿真结果表明，轧辊偏心补偿控制可以减少轧辊偏心对材料厚度的影响超过85%。

参考文献

[1] 袁淑宁.精轧机轧辊偏心的补偿控制[J].天津冶金,2014(3).

[2] (美)V.B.金兹伯格(VladimirB.Ginzburg)著,姜明东,王国栋等译.高精度板带材轧制理论与实践[M].冶金工业出版社, 2000

[3] D. L Donoho.De-nosing by soft-thresholding. IEEE Transactions on Information Theory . 1995

[4]张德丰,主编.Matlab小波分析与工程应用[M].国防工业出版社, 2008

Simulation Study on Roll Eccentricity Compensation in Strip Mill

Gao Qiming，Wu Lili
（Handan University, Handan,Hebei,056005）

Abstract：With the increase request of strip quality, the roller eccentricity has become the important factor of influencing product quality.On the practical model of Cold-rolling Mill of 300, this paper establishes eccentricity compensation control practice of Cold-rolling Mill of 300 which applies wavelet transform method. Based on mufti-resolution decomposition of roll force signal by use of wavelets, eccentricity signals are separated from disturbances and noiseand self-optimization is employed to realtime control the roller eccentricity.The results show that

Keywords：Cold mill;Eccentricity compensation;Wavelet transform;Denoise

基金项目：邯郸市科学技术研究与发展计划项目（1221102078-4）