Verfahren zur Kompensation von durch Walzenexzentrizitäten verursachten Störungen

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.

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] 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.

[0003] 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.

[0004] 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.

[0005] 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.

[0006] 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.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 5 gelöst. Weiterbildende Merkmale lassen sich den Unteransprüchen entnehmen.

[0008] 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.

[0009] In Fig. 1 ist ein Walzgerüst 1 schematisch dargestellt. Das Walzgerüst 1 weist einen Aufnehmer 2 für die Istwalzkraft F_i und einen Aufnehmer 3 für die Istanstellung S_i auf. Dem Walzgerüst 1 ist ein Aufnehmer 4 für die Istbanddicke h_i 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 h_s des Bandes eingeben.

[0010] 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 S_AGC ab­greifbar ist über ein Verzögerungsglied 17, das dem Posi­tionsvorgabewert S_AGC 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.

[0011] Im folgenden wird die Funktion des Kompensationsregelkreises 8 beschrieben.
Der Kompensationsregelkreis 8 benötigt als Eingangssignale das Walzkraftsignal F_i sowie den vom Gaugemeterkreis 6 ge­bildeten Positionsvorgabewert S_AGC. 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.

[0012] Das analoge Walzkraft-Istsignal F_i 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 S_AGC 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 F_i addiert. Am Ausgang des Addierers 13 steht somit das durch die Walzenexzentrizitäten verursachte Störsignal F_s an.

[0013] Im Identifikationsglied 14 wird das dynamische Verhalten des Störsignals F_s identifiziert, d.h. die Z-Übertragungsfunk­tion des Störsignals F_s

wird ermittelt.
Die unbekannten Parameter a_1-m, b_1-n werden dabei mit Hilfe eines rekursiven Parameterschätzverfahrens geschätzt.

[0014] Durch die vielen sich überlagernden Exzentrizitäten muß ein sehr komplexes Störsignal F_s 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.

[0015] 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 F_s Kompensationssignale S_k erzeugt. Damit keine zu großen Amplituden des Kompensationssignals S_n, die die Dicke des Walzbandes nachteilig beeinflussen könnten, auf den Positionsregelkreis 7 geschaltet werden, wird das Kom­pensationssignal S_k im Begrenzer 18 auf festlegbare maximale Amplituden begrenzt. Zur Beruhigung des Reglerausgangs kann das Kompensationssignal S_k mit einem Filter 19 geglättet werden. Nach D/A-Wandlung wird das Kompensationssignal S_k zum Positionsvorgabewert S_AGC de_s Gaugemeterkreises 6 addiert. Das Kompensationssignal S_k wird gleichzeitig zum Identifikationskreis 14 rückgeführt.

Bezugszeichenübersicht

[0016] 

1 Walzgerüst

2 Aufnehmer F_i

3 Aufnehmer S_i

4 Aufnehmer h_i

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

Ansprüche

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 (F_s) vom Walz­kraftistsignal (F_i),

b) die Identifikation des so gewonnenen Störsignals (F_s) 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 (S_k) aus dem Störsignal (F_s) und den entsprechenden Reglerparame­tern im adaptiven Regler (16) zur Kompensation der Exzentrizitätsstörung,

e) sowie die Aufschaltung des Kompensationssignals (S_k) auf den Positionsregelkreis (7).

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß aus dem Walzkraftistsignal (F_i) über ein nichtlinea­res Filter (11), welches unter Berücksichtigung des dyna­mischen Verhaltens (Verzögerungsglied 17) des Positions­regelkreises (7) mit dem Positionsvorgabewert (S_AGC) angesteuert wird, das Störsignal (F_s) Herausgefiltert wird, und
daß durch Addition des so erhaltenen Walzkraftsignals mit dem Walzkraftistsignal (F_i) das Störsignal (F_s) 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 (F_s) und von aus der Über­tragungsfunktion abgeleiteten Reglerparametern ein Posi­tionskorrektursignal (S_k) erzeugt wird, welches mit dem Positionsvorgabewert (S_AGC) des Gaugemeterkreises (6) zum Positionssollwert (S_soll) addiert wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Positionskorrektursignal (S_k) 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 (F_i), in Abhängigkeit vom Positionsvorgabewert (S_AGC) des Gaugemeterkreises (6) das störsignal (F_s) herausfiltert, wobei ein Verzögerungsglied (17) dem Positionsvorgabewert (S_AGC) das dynamische Verhalten des Positionsregelkreises (7) aufprägt,
einen Addierer (13), der zum so erhaltenen Walzkraftsig­nal das negierte Walzkraftistsignal (F_i) addiert,
einen Identifikationskreis (14), in dem die Übertragungs­funktion des Störsignals (F_s) ermittelt wird,
ein Rechenglied (15), das aus der Übertragungsfunktion des Störsignals (F_s) Regelparameter ableitet, und
einen adaptiven Regler (16), der aufgrund seiner Regler­struktur der Reglerparameter und des Störsignals (F_s) ein Positions-Korrektursignal (S_k) 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 (F_i) 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 (S_k) sowie ein Filter (19) nach­geschaltet sind.

Zeichnung