中厚板轧制轧件头部弯曲及其控制的研究

论文摘要

自从上世纪计算机控制技术应用于轧钢生产之后,自动厚度控制、自动板形控制、激光测速、以及在线智能化产品质量测量手段等技术的问世,使轧钢生产达到了全新水平,但是对于轧件头部弯曲问题的研究一直没有取得较为满意的结果。对此,本文以轧制过程中的轧件头部弯曲现象为研究对象,以解决生产过程中头部弯曲问题为目的,研究板带材轧制过程中轧件头部的弯曲机理及影响因素,开发出一套基于机器视觉技术的头部弯曲检测装置,建立了头部弯曲控制系统,并针对目前的生产中存在的问题提出相应的解决办法和控制手段。这对于防治头部弯曲产生的危害,提高产品质量、生产效益和经济效益,增强产品竞争力具有重要的理论价值和现实意义。主要工作内容如下:1.建立不对称轧制条件下轧制力和轧制力矩计算模型。运用切块法推导出了不对称轧制变形过程的静力平衡微分方程。分别运用屈雷斯卡塑性条件和密塞斯塑性条件求解变形区内单位宽度轧制力分布,建立不对称轧制的轧制力计算模型和轧制力矩计算模型。分析了传统轧制参数计算模型计算不对称轧制状况时精度较低的原因。通过新建模型分析了不同的辊径比、辊速比和摩擦比等对变形区内沿接触弧长方向轧制压力分布和轧制力的影响规律。2.影响轧件头部弯曲的因素分析。分别分析了上下辊辊速比、辊径比、摩擦系数差、轧件上下表面温差、轧制线标高、轧辊偏移距、重力和上下辊传动系统差异等因素对不对称轧制情况下轧件头部弯曲方向和弯曲程度的影响,并建立了相关关系模型。3.提出考虑头部弯曲控制的规程分配方法。分析了道次变形率或变形区形状系数对不对称轧制过程中轧件头部的弯曲方向和弯曲程度的影响,基于此影响规律在等负荷协调规程分配的基础上提出了考虑头部弯曲控制的规程分配方法。4.通过红外技术,开发出一套基于机器视觉技术的轧件头部弯曲测量装置。确定适合本检测装置的滤光片通过波长在0.9μm以上。确定了头部弯曲检测系统的组成及各模块的功能。检测系统能够适时、精确、稳定的运行,并能有效摈除环境对检测目标的干扰。并对检测系统摄像机的内外参数进行了标定。5.红外图像预处理算法的改进。针对红外图像特点,开发相应算法解决红外图像处理过程中的难点。采用在小波域内对高频子带进行中值滤波,然后对高频系数进行系数增强的去噪算法,在滤除脉冲和高斯噪声的同时,能较好地保留图像的边缘细节。针对检测图像灰度直方图存在多峰的特点,提出一种基于数学形态学的图像分割算法,分割后的图像目标边缘清晰、背景噪声较小。6.雪橇控制系统仿真优化。针对轧制过程中轧件头部弯曲现象,分析研究了国内某中厚板厂轧机主传动系统及传动系统的数学模型。提出设定雪橇比和调整电机速度响应特性的方法来抑制轧件弯曲。对电机速度调节器的控制参数进行了优化调试,得出最佳设定参数。7.建立了轧件头部弯曲控制系统。针对中厚板轧制特点,总结各种手段进行头部弯曲控制的优缺点,提出在具有轧件头部检测装置的基础上,充分利用实时在线检测信息进行反馈,通过预设定和反馈控制相结合,可以对中厚板的头部弯曲问题取得良好的控制效果。本文的研究结果对中厚板生产过程中防止和抑制轧件头部弯曲问题、保证设备安全、提高成材率具有重要的实际意义。研究结果同样适用于热连轧粗轧过程中的轧件头部弯曲的控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 轧制过程中轧件头部弯曲的研究现状
• 1.2.1 轧件头部弯曲的原因分析
• 1.2.2 轧件头部弯曲的理论研究方法
• 1.2.3 国内外对轧件头部弯曲问题的研究
• 1.2.4 轧件头部弯曲控制的研究现状
• 1.3 机器视觉技术在轧钢生产中应用
• 1.3.1 机器视觉原理及其组成
• 1.3.2 机器视觉的发展
• 1.3.3 机器视觉技术在轧钢生产中的应用
• 1.4 轧机主传动电机转速控制系统的发展
• 1.4.1 传动系统分类
• 1.4.2 轧机主传动系统的发展概况
• 1.4.3 同步电机调速控制系统
• 1.5 本文主要内容
• 第2章 不对称轧制变形区的受力分析
• 2.1 轧制过程中变形区分析
• 2.1.1 对称轧制过程的变形分析
• 2.1.2 不对称轧制过程的变形分析
• 2.2 不对称轧制过程的受力分析
• 2.2.1 切块法（主应力法）
• 2.2.2 变形区压力模型
• 2.2.3 屈雷斯卡塑性条件下的轧制力计算
• 2.2.4 密赛斯塑性条件下的轧制力计算
• 2.3 不对称轧制的轧制压力分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 不对称轧制的头部弯曲分析及规程分配
• 3.1 轧件头部弯曲原因分析
• 3.1.1 上下辊辊径差对轧件头部弯曲的影响
• 3.1.2 轧制线高度对轧件头部弯曲的影响
• 3.1.3 轧件上下表面温差对轧件头部弯曲的影响
• 3.1.4 轧辊偏移距对轧件头部弯曲的影响
• 3.1.5 上下辊辊速差对轧件头部弯曲的影响
• 3.1.6 重力对轧件头部弯曲的影响
• 3.1.7 上下辊摩擦系数对轧件头部弯曲的影响
• 3.1.8 主电机特性及其调速系统的影响
• 3.2 考虑头部弯曲控制的规程分配
• 3.2.1 中厚板轧制规程的特点
• 3.2.2 不对称轧制过程轧件弯曲与变形区形状参数的关系
• 3.2.3 普通四辊中厚板轧机轧制规程的计算
• 3.2.4 考虑头部弯曲控制的规程分配
• 3.2.5 应用分析
• 3.3 小结
• 第4章 基于机器视觉技术的头部弯曲检测系统
• 4.1 检测系统的硬件组成
• 4.1.1 CCD摄像机
• 4.1.2 图像采集卡
• 4.1.3 镜头
• 4.1.4 红外滤光片
• 4.2 摄像机的标定
• 4.2.1 摄像机成像模型
• 4.2.2 摄像机参数的标定
• 4.3 头部弯曲检测系统的软件设计
• 4.3.1 面向对象的系统软件设计
• 4.3.2 检测系统工作流程与模块组成
• 4.4 图像预处理
• 4.4.1 图像分析
• 4.4.2 图像滤波去噪
• 4.4.3 图像锐化
• 4.4.4 图像分割
• 4.4.5 图像细化
• 4.5 头部弯曲程度计算
• 4.6 检测系统检测精度的检验
• 4.7 小结
• 第5章 雪橇控制及头部弯曲控制系统
• 5.1 轧机主传动系统及数学模型
• 5.1.1 主传动系统参数
• 5.1.2 主传动控制系统分析
• 5.1.3 主传动控制系统模型
• 5.2 雪橇控制与负荷平衡控制
• 5.2.1 咬钢过程分析
• 5.2.2 调速性能指标
• 5.2.3 传动系统对轧件头部形状的影响
• 5.2.4 雪橇控制
• 5.2.5 负荷平衡控制
• 5.2.6 雪橇控制系统的仿真分析
• 5.3 轧件头部弯曲控制系统的建立
• 5.3.1 头部弯曲控制系统的组成
• 5.3.2 头部弯曲控制系统的基础自动化级
• 5.3.3 头部弯曲控制系统的过程控制级
• 5.3.4 头部弯曲控制系统的控制过程
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间完成的工作
• 致谢
• 作者简介