EP0698427B1 - Verfahren zur Unterdrückung des Einflusses von Walzenexzentrizitäten - Google Patents
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- EP0698427B1 EP0698427B1 EP95111203A EP95111203A EP0698427B1 EP 0698427 B1 EP0698427 B1 EP 0698427B1 EP 95111203 A EP95111203 A EP 95111203A EP 95111203 A EP95111203 A EP 95111203A EP 0698427 B1 EP0698427 B1 EP 0698427B1
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- roll
- signal
- oscillator
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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 suppressing the influence of roll eccentricities on the outlet thickness of the rolling stock in a roll stand.
- the oscillators work according to the observer principle, the frequencies of their output signals being set as a function of the measured rotational speeds of the rollers; the amplitude and phase position of the output signals is tracked as a function of the deviation between the sum output signal of the two oscillators and a further sum signal, which is composed of the measured rolling force multiplied by the sum of the reciprocal values of the rigidity of the roll stand and the rolling stock and the measured actual value of the roll pitch.
- the oscillators can be implemented as digital filters, whereby they are coupled to the remaining analog position or thickness control of the roll stand via analog / digital converters and digital / analog converters.
- the known method provides a good compensation for the roller eccentricity.
- the measurement of the rolling force and thus the compensation of the roll eccentricity can be impaired by friction in the roll stand.
- the thickness of the rolling stock is measured after it leaves the roll stand and, together with the instantaneous rotation angle also measured, at least one of the rolls is used to continuously calculate estimated values for the changes in thickness of the roll Rolled good used. These estimates are corrected as a function of the measurement delay converted into the corresponding angle of rotation of the roll, which results from the distance of the measuring point for the thickness measurement from the roll gap, that is to say the location of the change in thickness of the rolling stock.
- the estimated values related to the angle of rotation are then applied to the position or thickness control to compensate for eccentricities.
- the precise detection of the instantaneous angle of rotation on the rolls is to be regarded as relatively complex, in particular with regard to the rough conditions in the vicinity of the roll stand.
- the invention has for its object to provide a method for compensating roller eccentricities without this requires a measurement of the rolling force or the instantaneous angle of rotation of rolls.
- the object is achieved in that, in order to suppress the influence of roll eccentricities on the outlet thickness of the rolling stock in a roll stand, the roll eccentricities are simulated by the output signal of a feedback oscillator which is applied to a position or thickness control for the roll stand, the frequency the output signal is set as a function of the measured rotational speed of the rolls and the amplitude and phase position of the output signal is set in such a way that the thickness of the rolling stock is measured after it has left the roll stand with a measurement delay compared to the reduction in thickness in the roll stand, that a signal corresponding to the roll adjustment is formed and at least approximately delayed by the amount of the measurement delay, that a difference signal from the delayed roll adjustment signal and the one with the sum of one and the Qu otients from the rigidity of the rolling stock and the rigidity of the mill stand multiplied thickness measurement signal is formed, that the amplitude and phase of the output signal of the oscillator depending on the deviation between the output signal and the difference signal in the sense of minimizing this deviation is tracked
- the thickness of the rolling stock is measured after it exits the rolling stand and is converted into an estimated course of the roll eccentricities using the gauge meter equations.
- the basic oscillation of the estimated roll eccentricities is simulated by the oscillator and the position or thickness control is applied.
- the measurement delay in relation to the roll gap that occurs when measuring the thickness of the rolling stock, in which the thickness reduction takes place and the eccentricities in relation to the thickness of the rolling stock take effect is canceled in the eccentricity compensation by the leading phase shift of the sinusoidal output signal of the oscillator.
- an oscillator which, according to FIG.
- the setpoint of the roll setting is preferably used as the roll setting signal instead of the actual value. This ensures that roll eccentricities are accurate even when the position control dynamics are slow and / or not exactly known. H. completely, to be compensated. With the increasingly slow dynamics of the position control, only the settling time for the compensation of the roller eccentricities is extended.
- the insensitivity of the eccentricity compensation to the dynamics of the position control no longer applies at high speeds of the rollers, since the entire control loop can become unstable at high speeds and at the same time slow dynamics of the position control.
- a dynamic correction of the delay in the position control is simpler by means of a proportional differential element (PD element), via which the thickness measurement signal used to form the difference signal is conducted.
- the phase-shifted output signal of the oscillator can be fed to the position or thickness control via a proportional differential element (PD element), the roller adjustment signal used to form the difference signal also being guided via a proportional delay element (PT1 element) becomes.
- a direct digital implementation of the position or thickness control and the oscillator is preferably provided, the roll setting signal, the thickness measurement signal and the measured speed of the rolls being digital values or being converted into digital values.
- DDC direct digital control
- further feedback oscillators can also be used, which are also connected in series or whose output signals are additively linked to one another.
- roller eccentricities are additionally simulated by the output signal of at least one additional oscillator, which can be connected to the position or thickness control, the frequency of the output signal as a function of the measured rotational speed of the rolls and the amplitude and phase of the output signal as a function of the deviation between the output signal of the oscillator and the sum signal from the measured rolling force multiplied by the sum of the reciprocal values of the rigidity of the roll stand and the rolling stock and the roll adjustment in order to minimize this deviation.
- the setpoint of the roll adjustment is preferably used to determine the deviation.
- FIG. 1 shows an example of the position control of a roll stand 1 with an upper and lower support roll 2 or 3, two work rolls 4 and 5, a hydraulic adjusting device 7, which can be actuated via a control valve 6, for setting the roll position s and a symbolizing the elasticity of the roll stand 1 Spring c G.
- the rolling stock 8, to which an equivalent material spring c M can be assigned in the roll gap, is rolled down by the two work rolls 4 and 5 from an inlet thickness h e to an outlet thickness h a .
- the roll eccentricities can be described by effectively changing the roll radius ⁇ R.
- the roller adjustment s is measured with a position sensor 9 on the adjusting device 7 and compared as an actual value at a summing point 10 with a setpoint s * of the roller adjustment, the comparison result via a position controller 11 and a downstream actuator 12 for actuating the control valve 6 and thus for adjustment the roll adjustment s is used.
- the compensation of the roll eccentricities ⁇ R requires the measurement of the outlet thickness h a and the roll speed n and, in the case of the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the measurement of the rolling force F W.
- the rolling force F W is measured by means of a pressure sensor 13 on the rolling stand 1.
- the measurement of the roller speed n serves to determine the basic vibration of the roller eccentricities. Under the simplifying requirement that the top and bottom rollers of the roll stand 1 rotate at the same speed, it is sufficient to adjust the speed of only one driven roller, e.g. B. the work roll 5 by means of a tachometer 14.
- the measured speed of the work roller 5 is in a unit 15 via the ratio of the diameter of the work roller 5 to that of the support roller 3 in the speed n u of the lower Support roller 3 converted. Since, as a rule, the speeds of the upper and lower rollers differ due to slightly different diameters, in the exemplary embodiment shown there is a further tachometer 16 with a subordinate conversion unit 17 for detecting the speed n o of the upper support roller 2.
- the outlet thickness h a of the rolling stock 8 is measured by means of a thickness measuring device 18, which is arranged at a distance l behind the roll gap.
- reference number 19 denotes the simplified block diagram of the control path formed by the position control shown in FIG. 1 and the rolling stand.
- the position control 20 includes, among other things, the position controller 11 with the summing point 10, the actuator 12, the valve 6 and the hydraulic adjusting device 7 with the roller mass moved by it.
- the position control 20 supplies the actual value s of the roll adjustment as the output variable.
- the friction in the roll stand is affected. Due to the thickness reduction h a- h e appearing at the output of the function block 23, the exit thickness h a of the rolling stock 8 is obtained, which with the aid of the thickness measuring device 18 has a velocity v B of the rolling stock 8 and the distance l between the roll gap and the thickness measuring device 18 dependent measurement delay is measured.
- the disturbance ⁇ R 'simulated by the oscillator 24 is fed via a phase rotator 26 compensating the measuring delay between the roll gap and the thickness measuring device 18, a proportional differential element (PD element) 27 and a switch 28 to a summing element 29 and there the setpoint s * the roller adjustment switched on at the entrance to the controlled system 19.
- a phase rotator 26 compensating the measuring delay between the roll gap and the thickness measuring device 18, a proportional differential element (PD element) 27 and a switch 28 to a summing element 29 and there the setpoint s * the roller adjustment switched on at the entrance to the controlled system 19.
- the setpoint of the roll adjustment s * + ⁇ R 'superimposed with the simulated disturbance is via a proportional delay element (PT1 element) 30 complementary to the PD element 27 and a delay element 31 with a measurement delay in the thickness measuring device 18 at least approximately corresponding Delay fed to a summing point 32.
- the summing point 32 is supplied with the setpoint s 'superimposed with the interference simulation ⁇ R' of the roll adjustment, the respective dynamics of the position control 20 have no influence whatsoever on the compensation of the roll eccentricities ⁇ R, so that these are asymptotically completely unaffected in their effect on the exit thickness h a of the rolling stock 8 are eliminated.
- this no longer applies at very high speeds of the rollers, since at such high speeds and at the same time slow dynamics of the position control 20, the entire control loop can become unstable.
- the PD element 27 and the PT1 element 30 it is also possible to provide a single PD element in the area of processing the thickness measurement signal h a 'between the thickness measurement device 18 and the summing point 32.
- FIG. 3 shows an expanded embodiment of the block diagram according to FIG. 2, 19 again denoting the controlled system, to which the setpoint s * for the roll adjustment is supplied at the beginning via a digital / analog converter.
- the controlled system 19 supplies the rolling force measurement signal F W 'and the thickness measurement signal h a ' as output signals, both of which are each converted into digital values by means of an analog / digital converter.
- Both the rolling force F W and the initial thickness h a of the rolling stock 8 are influenced in the control path 19 by the roll eccentricities which are due to diameter differences for the upper and lower rolls of the roll stand 1 are slightly different and are referred to here as ⁇ R o and ⁇ R u .
- two feedback oscillators 36 and 37 are provided, of which the oscillator denoted by 36 simulates the disturbances ⁇ R o originating from the upper rollers and the oscillator denoted by 37 the reproduces disturbances ⁇ R u originating from the lower rollers.
- the disturbance variables ⁇ R o 'and ⁇ R u ' simulated by the two oscillators 36 and 37 are added up in a summing element 38 and applied to the setpoint s * of the roll adjustment via the phase rotator 26, the PD element 27 and the switch 28 in the summing point 29 fed to the summing point 34 for the feedback of the two oscillators 36 and 37 with a negative sign. Otherwise, just as in the exemplary embodiment shown in FIG.
- the setpoint of the roll adjustment which is subject to interference, becomes s * + ⁇ R O '+ ⁇ R u ' Via the PT1 element 30 and the delay element 31 and the thickness measurement signal h a 'via the multiplier 33 to the summing point 32 to form the difference signal u.
- compensation of the roll eccentricities ⁇ R o + ⁇ R u is provided on the basis of the roll force measurement signal F W '.
- an oscillator 39 frequency-controlled with ⁇ o simulates the disturbances ⁇ R o originating from the upper rollers
- a further oscillator 40 is frequency-controlled with ⁇ u and simulates the disturbances ⁇ R u originating from the lower rollers.
- the disturbance variables simulated by the two oscillators 39 and 40 are added up in a summing element 41 and applied to the setpoint s * of the roll adjustment via a PD element 42 and a switch 43 in a summing point 44.
- the setpoint of the roll adjustment superimposed with the simulated faults s * + ⁇ R O '+ ⁇ R u ' becomes a summing point via a PT1 element 45 46 supplied and linked there with the rolling force measurement signal F W 'multiplied in a multiplier 47 by the calculated reciprocal 1 / c 0 ' of the overall rigidity of the frame and material spring to form a sum signal u.
- This sum signal u and the output sum signal ⁇ R o '+ ⁇ R u ' of the two oscillators 39 and 40 are compared with one another at a further summing point 48, the amplitude and phase of the two oscillators 39 and 40 being tracked with the correction signal e obtained in this way, until the sum of the simulated disturbances ⁇ R o '+ ⁇ R u ' and the sum signal u match.
- FIG. 4 shows a direct digital implementation of the oscillator 24 shown in FIG. 2 with the downstream phase rotator 26.
- the tracking coefficients a and b determine the settling dynamics of the feedback oscillator 24, the tracking coefficients a and b being adjustable as a function of the frequency ⁇ of the fundamental oscillation.
- FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of the interference observer used to compensate for the roller eccentricities on the basis of the thickness measurement signal h a '.
- This contains four oscillators 53, 54, 55 and 56, of which the oscillator 53 the fundamental oscillation ⁇ o and the oscillator 55 the harmonic 2 ⁇ o of the disturbances originating from the upper rollers and the oscillator 54 the fundamental oscillation ⁇ u and the oscillator 56 the harmonic 2 ⁇ u of the disturbances emanating from the lower rollers.
- the structure of the individual oscillators 53 to 56 corresponds to that of the oscillator 24 in FIG. 4.
- each oscillator 53 to 56 is followed by a phase rotator 59, 60, 61 and 62 in the exemplary embodiment shown.
- the phase rotators 59 and 60 which are used to simulate the fundamental vibration ⁇ o and ⁇ u Serving oscillators 53 and 54, each contain two multipliers 63 and 64, in which the sinusoidal signal at the switching point 25 are multiplied by cos ⁇ and the cosine signal at the switching point 49 by sin ⁇ ; then both signals are summed in the adder 65.
- the two phase rotators 61 and 62 which are arranged downstream of the oscillators 55 and 56 used to emulate the harmonics 2 ⁇ o and 2 ⁇ u , also each contain two multipliers 66 and 67, in each of which the sinusoidal signal at switching point 25 is multiplied by cos 2 ⁇ and the cosine signal at switching point 49 by sin 2 ⁇ ; then both signals are summed in a summing element 68.
- the output signals of the phase rotators 59 and 60 are added up in a summing point 69 and the position or thickness control is applied as shown in FIG. 2 or 3.
- the output signals of the phase rotators 61 and 62 are also added up in a summing point 70 and, if necessary, also applied to the position or thickness control via a switch 71 and a further summing point 72.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung des Einflusses von Walzenexzentrizitäten auf die Auslaufdicke des Walzgutes in einem Walzgerüst.
- In Walzgerüsten finden sich häufig durch ungenau gearbeitete Stützwalzen oder nicht exakte Lagerung der Stützwalzen Exzentrizitäten, die die Qualität des zu walzenden Bandes beeinträchtigen, wobei sich je nach Steifigkeit des Walzgerüsts und des Walzgutes die Exzentrizitäten mit der Drehzahl der exzentrizitätsbehafteten Walzen, in der Regel der Stützwalzen, in dem Band abbilden. Das Frequenzspektrum der Exzentrizitäten und der von ihnen hervorgerufenen Störungen in dem Band beinhaltet im wesentlichen die Grundfrequenzen der oberen und unteren Stützwalze; es sind aber auch höhere harmonische Oberschwingungen vorhanden, die allerdings häufig nur mit verminderten Amplituden in Erscheinung treten. Aufgrund geringfügig unterschiedlicher Durchmesser und Drehzahlen der oberen und unteren Stützwalze können die den Stützwalzen zugeordneten Frequenzen voneinander abweichen.
- Bei einem aus der EP-B-0 170 016 bekannten Verfahren werden zur Unterdrückung des Einflusses von Walzenexzentrizitäten auf die Auslaufdicke des Walzgutes in einem Walzgerüst die Walzenexzentrizitäten der oberen und unteren Stützwalze durch die Summe der Ausgangssignale zweier rückgekoppelter Oszillatoren nachgebildet und einer Positions- oder Dickenregelung für das Walzgerüst aufgeschaltet. Die Oszillatoren arbeiten dabei nach dem Beobachterprinzip, wobei die Frequenzen ihrer Ausgangssignale in Abhängigkeit von den gemessenen Drehzahlen der Walzen eingestellt werden; die Amplituden- und Phasenlage der Ausgangssignale wird in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Summenausgangssignal der beiden Oszillatoren und einem weiteren Summensignal nachgeführt, das sich aus der mit der Summe der Kehrwerte der Steifigkeiten des Walzgerüsts und des Walzgutes multiplizierten gemessenen Walzkraft und dem gemessenen Istwert der Walzenanstellung zusammensetzt. Die Oszillatoren können als Digitalfilter realisiert werden, wobei sie über Analog-/Digital-Umsetzer und Digital-/Analog-Umsetzer an die übrige analoge Positions- oder Dickenregelung des Walzgerüsts angekoppelt sind.
- Unter der Voraussetzung, daß die Dynamik der Positionsregelung, d. h. die Dynamik der zur Regelung der Anstellposition der Walzen dienenden Regelkreise und Stellglieder, vernachlässigbar ist, liefert das bekannte Verfahren eine gute Kompensation der Walzenexzentrizität. Durch Reibung in dem Walzgerüst kann jedoch die Messung der Walzkraft und damit die Kompensation der Walzenexzentrizität beeinträchtigt werden.
- Bei einem aus der US-A-4 648 257 bekannten Verfahren zur Kompensation von Walzenexzentrizitäten wird die Dicke des Walzgutes nach seinem Austritt aus dem Walzgerüst gemessen und zusammen mit dem ebenfalls gemessenen momentanen Drehwinkel wenigstens einer der Walzen zur laufenden Berechnung von Schätzwerten für die Dickenänderungen des Walzgutes herangezogen. Diese Schätzwerte werden in Abhängigkeit von der in entsprechende Drehwinkel der Walze umgerechneten Meßverzögerung korrigiert, die aus dem Abstand der Meßstelle für die Dickenmessung von dem Walzspalt, also dem Ort der Dickenänderung des Walzgutes, resultiert. Die drehwinkelbezogenen korrigierten Schätzwerte werden dann der Positions- oder Dickenregelung zur Kompensation von Exzentrizitäten aufgeschaltet. Die genaue Erfassung des momentanen Drehwinkels an den Walzen ist jedoch insbesondere im Hinblick auf die rauhen Bedingungen in der Umgebung des Walzgerüsts als relativ aufwendig anzusehen.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation von Walzenexzentrizitäten anzugeben, ohne daß hierzu eine Messung der Walzkraft oder des momentanen Drehwinkels von Walzen erforderlich ist.
- Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Unterdrückung des Einflusses von Walzenexzentrizitäten auf die Auslaufdicke des Walzgutes in einem Walzgerüst die Walzenexzentrizitäten durch das Ausgangssignal eines rückgekoppelten Oszillators nachgebildet werden, welches einer Positions- oder Dickenregelung für das Walzgerüst aufgeschaltet wird, wobei die Frequenz des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl der Walzen eingestellt wird und wobei die Einstellung der Amplitude und Phasenlage des Ausgangssignals in der Weise erfolgt, daß die Dicke des Walzgutes nach seinem Austritt aus dem Walzgerüst mit einer Meßverzögerung gegenüber der im Walzgerüst erfolgenden Dickenreduktion gemessen wird, daß ein der Walzenanstellung entsprechendes Signal gebildet und zumindest annähernd um den Betrag der Meßverzögerung verzögert wird, daß ein Differenzsignal aus dem verzögerten Walzenanstellungssignal und dem mit der Summe aus Eins und dem Quotienten aus der Steifigkeit des Walzgutes und der Steifigkeit des Walzgerüsts multiplizierten Dickenmeßsignal gebildet wird, daß die Amplitude und Phasenlage des Ausgangssignals des Oszillators in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Ausgangssignal und dem Differenzsignal im Sinne einer Minimierung dieser Abweichung nachgeführt wird und daß das Ausgangssignal um einen der Meßverzögerung entsprechenden Betrag im Sinne einer Voreilung phasenverschoben wird.
- Im Unterschied zu dem aus der EP-B-0 170 016 bekannten Verfahren wird also anstelle der Walzkraft die Dicke des Walzgutes nach seinem Austritt aus dem Walzgerüst gemessen und unter Verwendung der Gaugemeter-Gleichungen in einen Schätzverlauf der Walzenexzentrizitäten umgerechnet. Die Grundschwingung der geschätzten Walzenexzentrizitäten wird von dem Oszillator nachgebildet und der Positions- oder Dickenregelung aufgeschaltet. Die beim Messen der Dicke des Walzgutes auftretende Meßverzögerung gegenüber dem Walzspalt, in dem die Dickenreduktion erfolgt und die Exzentrizitäten in bezug auf die Dicke des Walzgutes wirksam werden, wird bei der Exzentrizitätskompensation durch die voreilende Phasenverschiebung des sinusförmigen Ausgangssignals des Oszillators rückgängig gemacht. Bei einem Oszillator, der entsprechend FIG 3 der EP-B-0 170 016 aus zwei Integratoren besteht und ein sinusförmiges und cosinusförmiges Signal liefert, läßt sich diese Phasenverschiebung sehr einfach entsprechend
- Als Walzenanstellungssignal wird anstelle des Istwertes vorzugsweise der Sollwert der Walzenanstellung herangezogen. Hierdurch wird erreicht, daß Walzenexzentrizitäten auch bei langsamer und/oder nicht exakt bekannter Dynamik der Positionsregelung genau, d. h. vollständig, kompensiert werden. Dabei wird mit zunehmend langsamerer Dynamik der Positionsregelung lediglich die Ausregelzeit für die Kompensation der Walzenexzentrizitäten verlängert.
- Die Unempfindlichkeit der Exzentrizitätskompensation gegenüber der Dynamik der Positionsregelung gilt jedoch nicht mehr bei hohen Drehzahlen der Walzen, da bei hohen Drehzahlen und gleichzeitig langsamer Dynamik der Positionsregelung der gesamte Regelkreis instabil werden kann. Zur Vermeidung dieses Effekts ist es denkbar, den von dem Oszillator gebildeten Störbeobachter um die Dynamik der Positionsregelung zu erweitern. Einfacher ist jedoch eine dynamische Korrektur der Verzögerung der Positionsregelung mittels eines Proportional-Differential-Gliedes (PD-Glied), über das das zur Bildung des Differenzsignals herangezogene Dickenmeßsignal geführt wird. Alternativ dazu kann das phasenverschobene Ausgangssignal des Oszillators der Positions- oder Dickenregelung über ein Proportial-Differential-Glied (PD-Glied) zugeführt werden, wobei außerdem das zur Bildung des Differenzsignals herangezogene Walzenanstellungssignal über ein Proportional-Verzögerungs-Glied (PT1-Glied) geführt wird.
- Vorzugsweise ist eine direkte digitale Realisierung der Positions- oder Dickenregelung und des Oszillators vorgesehen, wobei das Walzenanstellungssignal, das Dickenmeßsignal und die gemessene Drehzahl der Walzen Digitalwerte sind bzw. in Digitalwerte umgesetzt werden. Im Unterschied zu einer quasikontinuierlichen Realisierung, wie sie in der bereits erwähnten EP-B-0 170 016 für die dortigen Oszillatoren vorgeschlagen wird, wirkt bei der direkten digitalen Regelung (Direct Digital Control, DDC) ein Prozeßrechnersystem unmittelbar auf die Stellglieder der Regelstrecke. Zur Realisierung des Störbeobachters (Oszillators) ist daher keine zusätzliche Hardware erforderlich, wobei außerdem der zur Nachführung des Oszillators vorzugsweise verwendete Sollwert der Walzenanstellung im Unterschied zu dem bei dem bekannten Verfahren gemäß der EP-B-0 170 016 verwendeten Istwert als Digitalwert zur Verfügung steht, so daß eine Analog-/Digital-Umsetzung nicht erforderlich ist und die damit verbundenen, insbesondere dynamischen, Fehler nicht auftreten können. Im Unterschied zu einer quasikontinuierlichen Realisierung erfolgt bei der direkten digitalen Regelung auch bei relativ zur Walzendrehzahl nicht deutlich hoher liegender Abtastfrequenz des Störbeobachters (Oszillators), also beispielsweise bei einer nur 5- bis 10-fach höheren Abtastfrequenz, eine amplituden- und phasenrichtige Nachbildung der Walzenexzentrizitäten.
- Unter der vereinfachenden Annahme, daß die obere und untere Walze des Walzgerüsts gleiche Drehzahlen aufweisen, ist die Verwendung eines einzigen Oszillators zur Exzentrizitätsnachbildung möglich. Da jedoch die Drehzahlen der oberen und unteren Walze in der Praxis - wenn auch nur geringfügig - unterschiedlich sind, wird vorzugsweise ein weiterer rückgekoppelter Oszillator verwendet, wobei die Frequenz des Ausgangssignals eines der beiden Oszillatoren in Abhängigkeit von der Drehzahl der oberen Walze und die Frequenz des Ausgangssignals des unteren Oszillators in Abhängigkeit von der Drehzahl der unteren Walze des Walzgerüsts eingestellt wird und wobei die Ausgangssignale beider Oszillatoren additiv miteinander verknüpft werden. Ebenso ist eine Reihenschaltung beider Oszillatoren möglich.
- Zur Unterdrückung von Oberschwingungen der Walzenexzentrizitäten können darüber hinaus weitere rückgekoppelte Oszillatoren verwendet werden, die ebenfalls in Reihe geschaltet werden oder deren Ausgangssignale additiv miteinander verknüpft werden.
- Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dieses mit dem aus der EP-B-0 170 016 bekannten Verfahren kombiniert, indem die Walzenexzentrizitäten zusätzlich durch das Ausgangssignal mindestens eines zusätzlichen Oszillators nachgebildet werden, welches der Positions- oder Dickenregelung aufschaltbar ist, wobei die Frequenz des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl der Walzen eingestellt wird und die Amplitude und Phasenlage des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Ausgangssignal des Oszillators und dem Summensignal aus der mit der Summe der Kehrwerte der Steifigkeiten des Walzgerüsts und des Walzgutes multiplizierten gemessenen Walzkraft und der Walzenanstellung im Sinne einer Minimierung dieser Abweichung nachgeführt werden. Auch hier wird zur Ermittlung der Abweichung vorzugsweise der Sollwert der Walzenanstellung herangezogen.
- Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen. Im einzelnen zeigen
- FIG 1
- ein Beispiel für die Positionsregelung für ein Walzgerüst,
- FIG 2
- ein Blockschaltbild der von der Positionsregelung und dem Walzgerüst nach FIG 1 gebildeten Regelstrecke mit einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Störbeobachter,
- FIG 3
- eine erweiterte Ausführung des in FIG 2 gezeigten Blockschaltbildes,
- FIG 4
- ein Beispiel für die Ausführung des Störbeobachters mit einem rückgekoppelten Oszillator und
- FIG 5
- ein weiteres Ausführungsbeispiel des Störbeobachters mit mehreren rückgekoppelten Oszillatoren.
- FIG 1 zeigt ein Beispiel für die Positionsregelung eines Walzgerüsts 1 mit einer oberen und unteren Stützwalze 2 bzw. 3, zwei Arbeitswalzen 4 und 5, einer über ein Steuerventil 6 betätigbaren hydraulischen Anstellvorrichtung 7 zur Einstellung der Walzenanstellung s und einer die Elastizität des Walzgerüsts 1 symbolisierenden Feder cG. Das Walzgut 8, dem im Walzspalt eine äquivalente Materialfeder cM zugeordnet werden kann, wird durch die beiden Arbeitswalzen 4 und 5 von einer Einlaufdicke he auf eine Auslaufdicke ha heruntergewalzt. Die Walzenexzentrizitäten können durch eine effektive Änderung des Walzenradius ΔR beschrieben werden.
- Die Walzenanstellung s wird mit einem Positionsaufnehmer 9 an der Anstellvorrichtung 7 gemessen und als Istwert an einem Summierpunkt 10 mit einem Sollwert s* der Walzenanstellung verglichen, wobei das Vergleichsergebnis über einen Positionsregler 11 und einen nachgeordneten Stellantrieb 12 zur Betätigung des Stellventils 6 und damit zur Einstellung der Walzenanstellung s herangezogen wird.
- Wie untenstehend noch erläutert wird, ist für die Kompensation der Walzenexzentrizitäten ΔR die Messung der Auslaufdicke ha und der Walzendrehzahl n sowie im Falle des in FIG 3 gezeigten Ausführungsbeispiels die Messung der Walzkraft FW erforderlich. Die Walzkraft FW wird dabei mittels eines Druckfühlers 13 an dem Walzgerüst 1 gemessen.
- Die Messung der Walzendrehzahl n dient zur Ermittlung der Grundschwingung der Walzenexzentrizitäten. Unter der vereinfachenden Voraussetzung, daß sich die Ober- und Unterwalzen des Walzgerüsts 1 gleich schnell drehen, genügt es, die Drehzahl lediglich einer angetriebenen Walze, z. B. der Arbeitswalze 5, mittels eines Drehzahlmessers 14 zu erfassen.
- Sind dabei, wie in den meisten Fallen, die Stützwalzen 2 und 3 die exzentrizitätsbehafteten Walzen, so wird in einer Einheit 15 die gemessene Drehzahl der Arbeitswalze 5 über das Verhältnis des Durchmessers der Arbeitswalze 5 zu dem der Stützwalze 3 in die Drehzahl nu der unteren Stützwalze 3 umgerechnet. Da in der Regel die Drehzahlen der Ober- und Unterwalzen aufgrund geringfügig verschiedener Durchmesser unterschiedlich sind, ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein weiterer Drehzahlmesser 16 mit nachgeordneter Umrechnungseinheit 17 zur Erfassung der Drehzahl no der oberen Stützwalze 2 vorhanden.
- Die Messung der Auslaufdicke ha des Walzgutes 8 erfolgt mittels eines Dickenmeßgerätes 18, welches mit einem Abstand l hinter dem Walzspalt angeordnet ist.
- In FIG 2 ist mit dem Bezugszeichen 19 das vereinfachte Blockschaltbild der von der in FIG 1 gezeigten Positionsregelung und dem Walzgerüst gebildeten Regelstrecke bezeichnet. Dabei beinhaltet die Positionsregelung 20 unter anderem den Positionsregler 11 mit dem Summierpunkt 10, den Stellantrieb 12, das Ventil 6 und die hydraulische Anstellvorrichtung 7 mit der von ihr bewegten Walzenmasse. Als Ausgangsgröße liefert die Positionsregelung 20 den Istwert s der Walzenanstellung. Aus FIG 1 lassen sich für die Walzkraft FW folgende Beziehungen ableiten:
- Damit ergeben sich die Beziehungen
- Zur Kompensation der Walzenexzentrizitäten ΔR, von denen hier angenommen wird, daß sie nur eine Grundschwingung
- Der mit der nachgebildeten Störung überlagerte Sollwert der Walzenanstellung s* + ΔR' wird über ein zu dem PD-Glied 27 komplementäres Proportional-Verzögerungs-Glied (PT1-Glied) 30 und ein Verzögerungsglied 31 mit einer der Meßverzögerung in dem Dickenmeßgerät 18 zumindest annähernd entsprechenden Verzögerung einem Summierpunkt 32 zugeführt. Das von dem Dickenmeßgerät 18 gelieferte Dickenmeßsignal ha' wird in einem Multiplizierglied 33 mit der Summe aus Eins und dem Quotienten aus den Steifigkeiten cM' und cG' des Walzgutes 8 und des Walzgerüsts 1, d. h. mit
- Dadurch, daß dem Summierpunkt 32 der mit der Störnachbildung ΔR' überlagerte Sollwert s' der Walzenanstellung zugeführt wird, ist die jeweilige Dynamik der Positionsregelung 20 ohne jeden Einfluß auf die Kompensation der Walzenexzentrizitäten ΔR, so daß diese asymptotisch vollständig in ihrer Auswirkung auf die Austrittsdicke ha des Walzgutes 8 eliminiert werden. Dies gilt jedoch nicht mehr bei sehr hohen Drehzahlen der Walzen, da bei solchen hohen Drehzahlen und gleichzeitig langsamer Dynamik der Positionsregelung 20 der gesamte Regelkreis instabil werden kann. Zur Vermeidung derartiger Instabilitäten erfolgt daher eine dynamische Korrektur der Verzögerung der Positionsregelung 20 mittels des bereits erwähnten PD-Gliedes 27. Damit die Störgrößenkompensation weiterhin vollständig erfolgt (e = 0) ist das PT1-Glied 30 vorgesehen. Anstelle des PD-Gliedes 27 und des PT1-Gliedes 30 kann auch ein einziges PD-Glied im Bereich der Verarbeitung des Dickenmeßsignals ha' zwischen dem Dickenmeßgerät 18 und dem Summierpunkt 32 vorgesehen werden.
- FIG 3 zeigt eine erweiterte Ausbildung des Blockschaltbildes nach FIG 2, wobei mit 19 wieder die Regelstrecke bezeichnet ist, der eingangs über einen Digital-/Analog-Umsetzer der Sollwert s* für die Walzenanstellung zugeführt wird. Die Regelstrecke 19 liefert als Ausgangssignale das Walzkraftmeßsignal FW' und das Dickenmeßsignal ha', die beide jeweils über einen Analog-/Digital-Umsetzer in Digitalwerte umgesetzt werden. Sowohl die Walzkraft FW als auch die Ausgangsdicke ha des Walzgutes 8 werden in der Regelstrecke 19 durch die Walzenexzentrizitäten beeinflußt, die für die oberen und unteren Walzen des Walzgerüsts 1 aufgrund von Durchmesserdifferenzen geringfügig unterschiedlich sind und hier mit ΔRo bzw. ΔRu bezeichnet sind. Zur Kompensation der Walzenexzentrizitäten ΔRo und ΔRu auf der Grundlage des Dickenmeßsignals ha' sind zwei rückgekoppelte Oszillatoren 36 und 37 vorgesehen, von denen der mit 36 bezeichnete Oszillator die von den oberen Walzen herrührenden Störungen ΔRo nachbildet und der mit 37 bezeichnete Oszillator die von den unteren Walzen herrührenden Störungen ΔRu nachbildet. Dazu wird die Frequenz des Oszillators 36 in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl no der Oberwalzen mit
- Zusätzlich ist eine Kompensation der Walzenexzentrizitäten ΔRo + ΔRu auf der Grundlage des Walzkraftmeßsignals FW' vorgesehen. Dazu bildet ein mit ωo frequenzgesteuerter rückgekoppelter Oszillator 39 die von den oberen Walzen herrührenden Störungen ΔRo nach, wahrend ein weiterer Oszillator 40 mit ωu frequenzgesteuert wird und die von den unteren Walzen herrührenden Störungen ΔRu nachbildet. Die von den beiden Oszillatoren 39 und 40 nachgebildeten Störgrößen werden in einem Summierglied 41 aufsummiert und über ein PD-Glied 42 und einen Schalter 43 in einem Summierpunkt 44 dem Sollwert s* der Walzenanstellung aufgeschaltet. Der mit den nachgebildeten Störungen überlagerte Sollwert der Walzenanstellung
- FIG 4 zeigt eine direkte digitale Realisierung des in FIG 2 gezeigten Oszillators 24 mit dem nachgeordneten Phasendreher 26. Die Übertragungsfunktion des gezeigten digitalen rückgekoppelten Oszillators 24 lautet
- Das am Ausgang 25 des Oszillators 24 erzeugte sinusförmige Ausgangssignal und ein an einem Schaltungspunkt 49 in dem Oszillator 24 erzeugtes entsprechendes cosinusförmiges Ausgangssignal werden entsprechend der Beziehung
- FIG 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für den zur Kompensation der Walzenexzentrizitäten auf der Grundlage des Dickenmeßsignals ha' verwendeten Störbeobachters. Dieser enthält vier Oszillatoren 53, 54, 55 und 56, von denen der Oszillator 53 die Grundschwingung ωo und der Oszillator 55 die Oberschwingung 2ωo der von den oberen Walzen herrührenden Störungen und der Oszillator 54 die Grundschwingung ωu und der Oszillator 56 die Oberschwingung 2ωu der von den unteren Walzen ausgehenden Störungen nachbildet. Der Aufbau der einzelnen Oszillatoren 53 bis 56 entspricht dem des Oszillators 24 in FIG 4. Daher sind hier lediglich die Einstellglieder 57 für die unterschiedlichen Nachführkoeffizienten a1, b1 bis a4, b4 dargestellt, die eingangsseitig ebenso, wie bei dem Oszillator 24 in FIG 4, mit der Abweichung e zwischen dem Differenzsignal u und der nachgebildeten Störung ΔR' beaufschlagt sind. Die nachgebildete Störung ΔR' wird in einem Summierpunkt 58 aus der Summe der Ausgangssignale der Oszillatoren 53 bis 56 gebildet, wobei diese Ausgangssignale, wie ein Vergleich der Figuren 4 und 5 zeigt, nicht notwendigerweise den an den Schaltungspunkten 25 oder 49 anliegenden Signalen entsprechen müssen.
- Zur Kompensation der Meßverzögerung zwischen dem Walzspalt und dem Dickenmeßgerät 18 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel jedem Oszillator 53 bis 56 jeweils ein Phasendreher 59, 60, 61 und 62 nachgeordnet Die Phasendreher 59 und 60, die den zur Nachbildung der Grundschwingung ωo bzw. ωu dienenden Oszillatoren 53 und 54 nachgeordnet sind, enthalten jeweils zwei Multiplizierglieder 63 und 64, in denen das sinusförmige Signal an dem Schaltpunkt 25 mit cos ϕ und das cosinusförmige Signal an dem Schaltungspunkt 49 mit sin ϕ multipliziert werden; anschließend werden beide Signale in dem Addierglied 65 aufsummiert. Die beiden Phasendreher 61 und 62, die den zur Nachbildung der Oberschwingungen 2ωo bzw. 2ωu dienenden Oszillatoren 55 und 56 nachgeordnet sind, enthalten ebenfalls jeweils zwei Multiplizierglieder 66 und 67, in denen jeweils das sinusförmige Signal an dem Schaltpunkt 25 mit cos 2ϕ und das cosinusförmige Signal an dem Schaltungspunkt 49 mit sin 2ϕ multipliziert wird; anschließend werden beide Signale in einem Summierglied 68 aufsummiert. Die Ausgangssignale der Phasendreher 59 und 60 werden in einem Summierpunkt 69 aufaddiert und der Positions- oder Dickenregelung entsprechend den Darstellungen in FIG 2 oder 3 aufgeschaltet. Die Ausgangssignale der Phasendreher 61 und 62 werden ebenfalls in einem Summierpunkt 70 aufaddiert und bei Bedarf über einen Schalter 71 und einen weiteren Summierpunkt 72 ebenfalls der Positions- oder Dickenregelung aufgeschaltet.
Claims (8)
- Verfahren zur Unterdrückung des Einflusses von Walzenexzentrizitäten (ΔR) auf die Auslaufdicke des Walzgutes (8) in einem Walzgerüst (1), indem die Walzenexzentrizitäten (ΔR) durch das Ausgangssignal (ΔR') eines rückgekoppelten Oszillators (24) nachgebildet werden, welches einer Positions- oder Dickenregelung für das Walzgerüst (1) aufgeschaltet wird, wobei die Frequenz (ω) des Ausgangssignals (ΔR') in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl (n) der Walzen (2 bis 5) eingestellt wird und wobei die Einstellung der Amplitude und Phasenlage des Ausgangssignals (ΔR') in der Weise erfolgt, daß die Dicke (ha) des Walzgutes (8) nach seinem Austritt aus dem Walzgerüst (1) mit einer Meßverzögerung gegenüber der im Walzgerüst (1) erfolgenden Dickenreduktion gemessen wird, daß ein der Walzenanstellung (s) entsprechendes Signal gebildet und zumindest annähernd um den Betrag der Meßverzögerung verzögert wird, daß ein Differenzsignal (u) aus dem verzögerten Walzenanstellungssignal und dem mit der Summe aus Eins und dem Quotienten aus der Steifigkeit (cM') des Walzgutes (8) und der Steifigkeit (cG') des Walzgerüsts (1) multiplizierten Dickenmeßsignal (ha') gebildet wird, daß die Amplitude und Phasenlage des Ausgangssignals (ΔR') des Oszillators (24) in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Ausgangssignal (ΔR') und dem Differenzsignal (u) im Sinne einer Minimierung dieser Abweichung (e) nachgeführt wird und daß das Ausgangssignal (ΔR') um einen der Meßverzögerung entsprechenden Betrag im Sinne einer Voreilung phasenverschoben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Walzenanstellungssignal der Sollwert (s*) der Walzenanstellung herangezogen wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zur Bildung des Differenzsignals (u) herangezogene Dickenmeßsignal (ha') über ein Proportional-Differential-Glied (PD-Glied) geführt wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das phasenverschobene Ausgangssignal (ΔR') des Oszillators (24) der Positions- oder Dickenregelung über ein Proportional-Differential-Glied (PD-Glied) (27) zugeführt wird und daß das zur Bildung des Differenzsignals (u) herangezogene Walzenanstellungssignal (s*) über ein Proportional-Verzögerungs-Glied (PT1-Glied) (30) geführt wird. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine direkte digitale Realisierung der Positions- oder Dickenregelung und des Oszillators (24), wobei das Walzenanstellungssignal (s*), das Dickenmeßsignal (ha') und die gemessene Drehzahl (no, nu) der Walzen (2 bis 5) Digitalwerte sind bzw. in Digitalwerte umgesetzt werden. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein weiterer rückgekoppelter Oszillator (37) verwendet wird, daß die Frequenz des Ausgangssignals (ΔRo') eines der beiden Oszillatoren (36) in Abhängigkeit von der Drehzahl (no) der oberen Walze (2) und die Frequenz des Ausgangssignals (ΔRu') des anderen Oszillators (37) in Abhängigkeit von der Drehzahl (nu) der unteren Walze (3) des Walzgerüsts (1) eingestellt wird und daß die Ausgangssignale (ΔRo', ΔRu') beider Oszillatoren (36, 37) additiv miteinander verknüpft werden oder beide Oszillatoren in Reihe geschaltet werden. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Unterdrückung von Oberschwingungen der Walzenexzentrizitäten weitere rückgekoppelte Oszillatoren (55, 56) verwendet werden, die in Reihe geschaltet werden oder deren Ausgangssignale additiv miteinander verknüpft werden. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Walzenexzentrizitäten zusätzlich durch das Ausgangssignal mindestens eines zusätzlichen Oszillators (39, 40) nachgebildet werden, welches der Positions- oder Dickenregelung aufschaltbar ist, wobei die Frequenz des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der gemessenen Drehzahl der Walzen (2 bis 5) eingestellt wird und die Amplitude und Phasenlage des Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Abweichung zwischen dem Ausgangssignal des Oszillators (39, 40) und dem Summensignal aus der mit der Summe der Kehrwerte der Steifigkeiten (cG', cM') des Walzgerüsts (1) und des Walzgutes (8) multiplizierten gemessenen Walzkraft (FW') und der Walzenanstellung (s*) im Sinne einer Minimierung dieser Abweichung nachgeführt werden.
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