一种钢卷小车快速精确定位的控制方法

1.一种钢卷小车快速精确定位的控制方法，其特征在于：先根据已知的设备参数和位置传感器检出的相关参数计算出钢卷小车的移行和升降方向的位置设定值，再根据位置设定值结合生产实际需要，设计出钢卷小车的运行速度斜率曲线，然后再确定位置与速度之间的比例关系，建立起位置闭环控制系统，同时，采用惯性补偿方法消除钢卷小车的惯性对定位精度的影响，采用设定最小速度的方法保证定位过程的快速性。
2.根据权利要求1所述的钢卷小车快速精确定位的控制方法，其特征在于：钢卷小车的移行位置设定值，其计算方法如下：先计算出带钢宽度W：
W＝L1-L2
L1为钢卷前端到达宽度位置检测仪时移行编码器的距离检测值，L2为测宽结束时刻移行编码器的距离检测值；
钢卷小车需要行进的距离△L：
△L＝L-W/2
L是开卷机锥头中心线到宽度位置检测仪之间的距离，为已知的设备参数；
钢卷小车的移行位置设定值为：L2+△L。
3.根据权利要求1所述的钢卷小车快速精确定位的控制方法，其特征在于：钢卷小车的升降位置设定值，其计算方法如下：先计算出钢卷直径D：
D＝(h1-h2)×K
h1为钢卷高度位置检测仪到钢卷小车的鞍形托辊上表面连线之间的距离，为已知的设备参数；h2为钢卷高度位置检测仪到钢卷上表面的距离检测值；K为调整系数；
钢卷小车需要下降的距离△h：
△h＝h3+h4-H
h3为钢卷小车在最高位时鞍形托辊中心线到小车轨道之间的距离，为已知的设备参数；H为开卷机锥头轴线到小车轨道之间的距离，为已知的设备参数；h4为鞍形托辊中心线到钢卷中心线距离，h4的计算公式为：
r是托辊半径，d是托辊间距离，都是已知的设备参数；
钢卷小车的升降位置设定值为：h0+△h，h0是钢卷小车上升到最高位置时高度位置检测仪检出的测量值。
4.根据权利要求1所述的钢卷小车快速精确定位的控制方法，其特征在于：所述的钢卷小车的运行速度斜率曲线分为加速段、减速段、定位段和惯性段，控制系统根据生产需要给出速度值、加速度值和减速距离，并根据定位段速度曲线建立起速度与位置间的关系，确定定位距离参数值。
5.根据权利要求4所述的钢卷小车快速精确定位的控制方法，其特征在于：所述的钢卷小车的加速段及减速段的速度曲线设计方法为：钢卷小车移行和升降过程中都采用双速控制，加、减速过程中的速度斜率计算，采用在PLC循环周期内累加固定位移增量的方法来实现，结合PLC循环周期进行参数设置，运行过程近似匀变速运动，PLC系统处于开环控制状态。
6.根据权利要求4所述的钢卷小车快速精确定位的控制方法，其特征在于：所述的钢卷小车的减速段包括急停模式，急停模式的速度斜率计算，采用在PLC循环周期内累加固定位移增量的方法来实现，加速度值根据工艺要求来确定，急停模式的速度斜率优先级最高，此模式触发后，不管钢卷小车之前处在哪种速度模式下，都将切换到紧急停车模式。
7.根据权利要求1所述的钢卷小车快速精确定位的控制方法，其特征在于：所述的惯性补偿方法包括钢卷小车的最小速度及惯性滑行距离的确定方法，要测量获取钢卷小车托卷后不同惯性工作状态下的最小运行速度和惯性滑行距离，建立钢卷重量与惯性补偿量之间的关系，当速度输出值小于等于最小速度值时停止输出，从而消除钢卷小车的惯性对定位精度的影响。

一种钢卷小车快速精确定位的控制方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于钢铁生产设备技术领域，涉及一种应用于冷轧生产线及后序处理线上的钢卷小车快速精确定位的控制方法。\n背景技术\n[0002] 冷轧生产过程中，需要进行频繁的上卷操作，这个过程中需要将钢卷准确的上到开卷锥头上，因此需要对钢卷小车的移行和升降动作进行快速精确的定位控制。钢卷小车的取卷过程已经实现了自动化定位，见中国专利“自动托卷定位装置和方法”(专利申请号：\n200610027432.7)；但钢卷小车的上卷过程(即给冷轧线的开卷机上卷)还没有完全实现自动化定位，一些关键的动作和步骤仍然需要人工进行判断和干预，见《上卷小车控制系统》(<冶金自动化>2006年增刊)。另外，现有技术中的钢卷小车移行控制系统中，也没有考虑到钢卷小车的惯性对定位精度的影响。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的是提供一种冷轧钢卷小车在上卷过程中的快速精确定位控制方法，该方法不仅控制精度高，定位过程快，而且在定位过程中考虑了钢卷小车的惯性对定位精度的影响，使钢卷小车的上卷过程实现了完全的自动化控制。\n[0004] 为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：\n[0005] 一种钢卷小车快速精确定位的控制方法，该方法是这样的：先根据已知的设备参数和位置传感器检出的相关参数计算出移行和升降方向的位置设定值，再根据位置设定值结合生产实际需要，设计出钢卷小车的运行速度斜率曲线，然后再确定位置与速度之间的比例关系，建立起位置闭环控制系统，同时，采用惯性补偿方法消除钢卷小车的惯性对定位精度的影响，采用设定最小速度的方法保证定位过程的快速性，最后进行PLC编程设计。\n[0006] 进一步地，钢卷小车的移行位置设定值，其计算方法如下：先计算出带钢宽度W：\n[0007] W＝L1-L2\n[0008] L1为钢卷前端到达宽度位置检测仪时移行编码器的距离检测值，L2为测宽结束时刻移行编码器的距离检测值。\n[0009] 钢卷小车需要行进的距离△L：\n[0010] △L＝L-W/2\n[0011] L是开卷机锥头中心线到宽度位置检测仪之间的距离，为已知的设备参数。\n[0012] 钢卷小车的移行位置设定值为：L2+△L。\n[0013] 进一步地，钢卷小车的升降位置设定值，其计算方法如下：先计算出钢卷直径D：\n[0014] D＝(h1-h2)×K\n[0015] h1为钢卷高度位置检测仪到钢卷小车的鞍形托辊上表面连线之间的距离，为已知的设备参数；h2为钢卷高度位置检测仪到钢卷上表面的距离检测值；K为调整系数。\n[0016] 钢卷小车需要下降的距离△h：\n[0017] △h＝h3+h4-H\n[0018] h3为钢卷小车在最高位时鞍形托辊中心线到小车轨道之间的距离，为已知的设备参数；H为开卷机锥头轴线到小车轨道之间的距离，为已知的设备参数；h4为鞍形托辊中心线到钢卷中心线距离，h4的计算公式为：\n[0019] \n[0020] r是托辊半径，d是托辊间距离，都是已知的设备参数。\n[0021] 钢卷小车的升降位置设定值为：h0+△h，h0是钢卷小车上升到最高位置时高度位置检测仪检出的测量值。\n[0022] 进一步地，钢卷小车的运行速度曲线设计：钢卷小车的运行速度曲线分为加速段、减速段、定位段和惯性段。设计给出速度值、加速度值和减速距离。根据定位段速度曲线建立起速度与位置间的关系，确定定位距离参数值。\n[0023] 进一步地，加、减速段的速度斜率设计：钢卷小车移行和升降过程中都采用双速(高速和低速)控制，加、减速过程中的速度斜率计算，采用在PLC循环周期内累加固定位移增量的方法来实现，结合PLC循环周期进行参数设置，运行过程近似匀变速运动，PLC系统处于开环控制状态。\n[0024] 进一步地，钢卷小车的减速段包括急停模式，急停模式的速度斜率计算，采用在PLC循环周期内累加固定位移增量的方法来实现，加速度值根据工艺要求来确定。急停模式的速度斜率优先级最高，此模式触发后，不管钢卷小车之前处在哪种速度模式下，都将切换到紧急停车模式。\n[0025] 进一步地，定位段减速斜率的设计方法：钢卷小车运行到指定位置S1时，开始减速并以低速运行，当运行到位置S2时，开始进一步减速，当运行到位置S3时，钢卷小车开始以最小速度运行，当运行到位置S4时，PLC发出停止运行命令，速度输出为零。定位减速运行过程中，PLC系统位置闭环控制投入，采用比例控制器，控制器增益Kp由定位距离和最大运行速度共同决定。\n[0026] 进一步地，惯性补偿方法包括钢卷小车的最小速度及惯性滑行距离的确定方法：\n惯性滑行距离主要取决于钢卷小车托卷后整体惯性的大小，要测量获取钢卷小车托卷后不同惯性工作状态下的最小运行速度和惯性滑行距离，建立钢卷重量与惯性补偿量之间的关系，当速度输出值小于等于最小速度值时停止输出，从而消除钢卷小车的惯性对定位精度的影响。\n[0027] 与现有技术相比，本发明的优点是：采用了本发明的控制方法以后，使钢卷小车的上卷过程也实现了自动化定位，因此，冷轧生产线的钢卷小车就实现了完全的自动化控制。\n避免了关键动作和步骤的人工判断过程，提高了生产效率，避免了事故的发生，使冷轧生产线的自动化控制提高到了一个新的水平。\n附图说明\n[0028] 图1是移行位置设定值的计算原理示意图。\n[0029] 图2钢卷直径测量原理示意图。\n[0030] 图3升降位置设定值计算原理示意图。\n[0031] 图4速度斜率曲线示以图。\n[0032] 图5急停模式速度斜率的示意图。\n具体实施方式\n[0033] 本发明的钢卷小车快速精确定位的控制方法，其具体的实施步骤为：\n[0034] 步骤1：根据已知的设备参数和位置传感器检出的相关参数计算出钢卷小车移行方向的位置设定值。参见图1，钢卷小车的移行位置设定值，其计算方法如下：先计算出带钢宽度W：\n[0035] W＝L1-L2\n[0036] L1为钢卷前端到达宽度位置检测仪时移行编码器的距离检测值，L2为测宽结束时刻移行编码器的距离检测值。\n[0037] 钢卷小车需要行进的距离△L：\n[0038] △L＝L-W/2\n[0039] L是开卷机锥头中心线到宽度位置检测仪之间的距离，为已知的设备参数。\n[0040] 钢卷小车的移行位置设定值为：L2+△L。\n[0041] 步骤2：根据已知的设备参数和位置传感器检出的相关参数计算出钢卷小车升降方向的位置设定值。参见图2、图3，钢卷小车的升降位置设定值，其计算方法如下：先计算出钢卷直径D：\n[0042] D＝(h1-h2)×K\n[0043] h1为钢卷高度位置检测仪到钢卷小车的鞍形托辊上表面连线之间的距离，为已知的设备参数；h2为钢卷高度位置检测仪到钢卷上表面的距离检测值；K为调整系数，取值为\n1～1.1。\n[0044] 钢卷小车需要下降的距离△h：\n[0045] △h＝h3+h4-H\n[0046] h3为钢卷小车在最高位时鞍形托辊中心线到小车轨道之间的距离，为已知的设备参数；H为开卷机锥头轴线到小车轨道之间的距离，为已知的设备参数；h4为鞍形托辊中心线到钢卷中心线距离，h4的计算公式为：\n[0047] \n[0048] r是托辊半径，d是托辊间距离，都是已知的设备参数。\n[0049] 钢卷小车的升降位置设定值为：：h0+△h，h0是钢卷小车上升到最高位置时高度位置检测仪检出的测量值。\n[0050] 步骤3：计算出钢卷小车的移行和升降方向的位置设定值后，再将此两项位置设定值结合生产实际的需要，设计出钢卷小车的运行速度斜率曲线，然后再确定位置与速度之间的比例关系，建立起位置闭环控制系统。\n[0051] 参见图4，钢卷小车的运行速度曲线分为加速段、减速段、定位段和惯性段。控制系统需给出钢卷小车在不同曲线段的速度值、加速度值和减速距离；再根据定位段速度曲线建立起速度与位置间的关系，确定定位距离参数值。\n[0052] 步骤4：参见图4，加、减速段的速度斜率设计：钢卷小车移行和升降过程中都采用双速控制，加、减速过程中的速度斜率计算，采用在PLC循环周期内累加固定位移增量的方法来实现，结合PLC循环周期进行参数设置，运行过程近似匀变速运动，PLC系统处于开环控制状态。\n[0053] 步骤5：参见图4，定位段减速斜率的设计方法：钢卷小车运行到指定位置S1时，开始减速并以低速运行，当运行到位置S2时，开始进一步减速，当运行到位置S3时，钢卷小车开始以最小速度运行，当运行到位置S4时，PLC发出停止运行命令，速度输出为零。定位减速运行过程中，PLC系统位置闭环控制投入，采用比例控制器，控制器增益Kp由定位距离和最大运行速度共同决定。\n[0054] 步骤6：参见图5，钢卷小车的减速段包括急停模式，急停模式的速度斜率计算，采用在PLC循环周期内累加固定位移增量的方法来实现，加速度值根据工艺要求来确定。急停模式的速度斜率优先级最高，此模式触发后，不管钢卷小车之前处在哪种速度模式下，都将切换到紧急停车模式。\n[0055] 步骤7：惯性补偿方法包括钢卷小车的最小速度及惯性滑行距离的确定方法：惯性滑行距离主要取决于钢卷小车托卷后整体惯性的大小，要测量获取钢卷小车托卷后不同惯性工作状态下的最小运行速度和惯性滑行距离，建立钢卷重量与惯性补偿量之间的关系，当速度输出值小于等于最小速度值时停止输出，从而消除钢卷小车的惯性对定位精度的影响。\n[0056] 步骤8：根据以上的逻辑分析和计算结果进行PLC的编程设计与实际调试，形成实际控制程序，建立钢卷小车的上料过程控制系统。