CN103567230A - 一种微张力控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微张力控制系统和方法。在热连轧过程中，当轧件进入当前机架并咬入稳定时，保持当前机架为速度控制，将其上游各机架主电机的速度控制转为恒转矩控制，以此采样当前机架主电机转矩和轧制力来计算轧制力臂初始长度，提高了张力测量计算的精度。在各个机架上设置测压头装置直接检测轧制力。考虑了轧制力臂长度受轧制力的大小而变化。通过张力计算模型，实时得到机架间张力，构成微张力闭环控制来调整机架速度，以纠正机架间张力偏差。对于串列式万能轧机，以E机架速度为基准，E机架轧制速度保持不变而调节其他各机架速度设定值，在调节过程中对E机架前后张力之差的动态瞬时值进行实时控制，以保证串列式万能轧制的微张力轧制。

Description

一种微张力控制系统和方法

技术领域

本发明涉及一种型钢热轧制过程中控制轧件尺寸精度的系统和方法，尤其涉及一种高速钢轨生产串列式万能轧制过程中微张力控制系统和方法。

背景技术

当金属制品在轧机的各机架之间连轧并且预设速度不理想时，啮合在多个连续运转的机架之中的轧件会出现张应力。如果下游机架牵引上游机架，则机架间的轧件会被拉伸，如果上游机架通过轧件推挤下游机架，则机架间的轧件受到压缩。轧件上游机架的速度与相邻的下一个机架的速度之差不匹配时会引起应力。当上游机架的出口速度与相邻的下一个机架的入口速度不平衡时，机架间的金属应力出现改变，使得相邻两个机架的转矩/速度变化而趋向一新的平衡点，在该平衡点上，上游机架的出口速度与相邻的下一个机架的入口速度相同。这种改变会使轧件厚度改变，并影响到机架轧制。轧制会出现自我稳定化的现象，然而这种现象会损害金属制品的尺寸和轮廓。

目前国内主要采用串列式万能轧机（包括依次设置的UR机架粗轧、E机架轧边和UF机架精轧）生产高速钢轨、H型钢、钢板桩等型材，该万能轧机控制的关键技术是TCS工艺控制（TCS工艺控制的核心就是万能轧机液压辊缝控制（简称HGC）和轧件自动厚度控制（简称AGC））和MTC微张力控制。其中“高速钢轨”是指高速铁路列车钢轨，50Kg/m-75Kg/m铁标和欧标、美标钢轨。由于高速钢轨的尺寸精度要求高，现有的串列式万能轧机在实际使用中存在如下问题：

1）由于钢轨头尾张力波动较大，钢轨头尾尺寸偏差太大，造成头尾较长，例如某生产厂生产的高速钢轨头尾尺寸超差段为3～7米；

2）微张力控制环节不稳定，易出现机架振荡现象，特别是万能轧制E机架的振荡。

钢轨生产的实际经验表明，万能轧机轧制钢轨时钢轨尺寸与张力、TCS（Technological control system，工艺控制系统）的关系如下：

1）由于机架间张力大且不稳定，TCS工艺控制系统动态AGC不稳定，钢轨的温度、厚度等偏差带来的钢轨尺寸变化较难消除，这就使得某些生产厂在高速钢轨轧制时投入静态AGC功能。

2）张力的稳定性会影响到钢轨通长尺寸的精度。受张力影响，钢轨的两个端头与中间部位尺寸相比，轨高尺寸偏大，底宽尺寸偏小。钢轨尺寸的波动大小与张力的稳定性有关。张力稳定性的指标主要有两个：咬钢时张力的波动大小，即波峰和波谷的最大差值，差值越小，张力波动越小，尺寸越稳定；轧钢时张力的波动情况，体现为张力的均方差值，均方差值越小，张力越稳定，尺寸波动越小。一般情况下，张力最大与最小值间的差值不超过6而且均方差值在0.1～0.2之间时，钢轨尺寸波动较小，一般为0.5mm左右。

3）从咬钢速度提升至轧制速度时，张力也会产生波动，导致钢轨尺寸波动。而且速度差越大，张力波动越大，尺寸波动越大。若提高咬钢速度，降低轧钢速度，减小速度差，可提高张力的稳定性。一般情况下，咬钢速度可以提高到2.5m/s，轧制速度降低到3m/s，其钢轨尺寸波动的长度约为3m左右，即从端头开始，轨高逐渐减小，到3m后轨高开始稳定。实测结果显示：如果咬钢速度为1.5m/s，而轧制速度为5m/s，则钢轨尺寸波动的长度为7m左右，即在7m左右轨高才开始稳定，尺寸波动大小为0.7～0.8mm左右，所以长度越长尺寸差值越大。若为了减小张力波动，降低轧制速度，将影响产量。

4）轧制时，张力的稳定性与轧制力的抖动相关，轧制力越稳定，张力也越稳定。

上述情况反映出我国现有控制技术（串列式万能轧机TCS工艺控制和MTC微张力控制）对轧件尺寸的控制存在问题，其原因是每一个道次轧制过程中没有对张力进行实时调整，没有构成张力闭环控制，造成张力变化太大。目前我国高速钢轨轧制，现有串列式万能轧机MTC微张力控制不是实时张力控制闭环调节，在每一个道次的100m钢轨轧制过程中，没有对张力进行实时调整。随着我国高速铁路迅速发展，对高速钢轨品质要求不断提高，而目前我国现有串列式万能轧机MTC微张力控制技术，对高速钢轨尺寸有影响，存在不足之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种从各方面提高串列式万能轧机的各机架间张力测量的精度从而使除E机架之外各机架的速度调节更准确的微张力控制系统和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一方面，提供一种微张力控制系统，该微张力控制系统包括分别设置在E机架上游机架、E机架和E机架下游机架上的控制单元，这些控制单元在管理单元的控制和管理下协作互通，管理单元在轧件进入一个机架并咬入稳定时将其上游各机架转换为恒转矩控制状态，所进入的机架保持为速度控制状态，需要的数据采集完成后将其上游各机架恢复为速度控制状态，控制单元分别包括对应的检测计算模块和对应的主传动调速模块。

其中，E机架上游机架、E机架以及E机架下游机架上的检测计算模块用于在轧件进入本机架并且上游各机架变为恒转矩控制状态时利用采集的数据计算本机架的轧辊力臂初始长度，

E机架上游机架或E机架上的检测计算模块以及E机架下游机架上的检测计算模块还用于在每次张力闭环控制循环中检测计算本机架的实际张力值，并根据检测计算结果与张力目标设定值之间的偏差向主传动调速模块输出信号；

E机架上游机架上的主传动调速模块用于根据E机架或本机架上的检测计算模块的信号调整本机架的轧制速度设定值，E机架下游机架上的主传动调速模块用于根据本机架上的检测计算模块的信号调整本机架的轧制速度设定值。

对于上述的微张力控制系统，E机架上游机架或E机架上的检测计算模块以及E机架下游机架上的检测计算模块分别包括对应的张力PI调节器，张力PI调节器根据实际张力值与对应的张力目标设定值之差向主传动调速模块输出信号。

对于上述的微张力控制系统，各个机架上分别设有轧制力检测装置，轧制力检测装置将检测到的轧制力数值发送给本机架的控制单元中的张力检测计算模块。

对于上述的微张力控制系统，轧制力检测装置为安装在上轧辊的液压油缸与轴承座之间的一对测压头。

对于上述的微张力控制系统，E机架上游机架上的检测计算模块包括前张力计算模块，轧件进入当前机架并咬入稳定时，当前机架上游各机架变为恒转矩控制状态，前张力计算模块接收本机架的轧制力、主电机转矩并根据本机架初始力臂长度来计算此时的前张力值。

对于上述的微张力控制系统，通过下式构建主传动调速模块（22a、22b和22c）的特性和能够实现的最小张力控制值：

$S_e=\frac{\mathrm{\ΔN}*M_e}{2*T*R}$

ΔN---稳态调速精度，单位%；定义：转速给定值n^*与转速实际值n之差，基于与额定转速的百分比；

S_e---调速静差率，单位%；定义：在设定速度下，负载转矩变化由空载到额定负载转矩时，空载转速n₀与额定负载转矩下的转速n之差，基于与额定转速的百分比；

M_T---张力力矩，单位N·m，M_T=T*R，T为张力目标设定值、R为轧辊半径；

Me---主电机额定转矩，单位N·m。

另一方面，提供一种微张力控制方法，该微张力控制方法包括如下步骤：

轧件依次经过各机架连轧的过程中，进入当前机架并咬入稳定时，通过使上游各机架处于恒转矩控制状态得到当前机架的轧辊力臂初始长度，直到轧件进入最后一个机架并且也得到了最后一个机架的轧辊力臂初始长度时，系统投入张力闭环控制，每次闭环控制循环中分别检测E机架及其下游机架轧辊的轧制力得到轧辊力臂长度的变化量来计算机架间实际张力值，根据机架间实际张力值与张力目标设定值的比较结果来调整E机架上游和下游机架的轧制速度设定值。

对于上述的微张力控制方法，采集到的轧制力是通过安装在每个机架上的轧制力检测装置直接检测得到的。

对于上述的微张力控制方法，在所述方法启动之前，通过下式构建主传动调速特性和能够实现的最小张力控制值：

$S_e=\frac{\mathrm{\ΔN}*M_e}{2*T*R}$

ΔN---稳态调速精度，单位%；定义：转速给定值n^*与转速实际值n之差，基于与额定转速的百分比；

S_e---调速静差率，单位%；定义：在设定速度下，负载转矩变化由空载到额定负载转矩时，空载转速n₀与额定负载转矩下的转速n之差，基于与额定转速的百分比；

M_T---张力力矩，单位N·m，M_T=T*R，T为张力目标设定值、R为轧辊半径；

Me---主电机额定转矩，单位N·m。

对于上述的微张力控制方法，通过调整E机架上游机架的轧制速度设定值来控制E机架前后张力之差。

上述的微张力控制方法进一步包括如下步骤：

步骤S1，当轧件进入第一个机架并咬入稳定时，检测当前进入的机架的主电机转矩和轧制力，从而确定当前进入的机架的轧辊力臂初始长度；

步骤S2，当轧件进入下一个机架并咬入稳定时，轧件当前进入的机架为速度控制，其上游各机架均由速度控制转为恒转矩闭环控制并且给转矩控制环设定转矩基准值，采集轧件当前进入的机架及其上游各机架的主电机速度、轧制力和主电机转矩，从而确定轧件当前进入的机架的轧辊力臂初始长度和新的连轧速度级联因子，轧件当前进入的机架及其上游各机架按照新的连轧速度级联因子恢复速度控制，重复步骤S2，直至轧件进入最后一个机架并执行完上述步骤S2；

步骤S3a，投入张力闭环控制：利用上述各个步骤中得到的各机架的轧辊力臂初始长度来构建本道次张力数学模型，连续不间断实时采集E机架及其下游机架的主电机转矩、轧制力和主电机速度，通过已构建的数学模型计算E机架的实际前后张力值之差和E机架下游机架的实际张力值，分别根据各个实际值与对应的目标设定值之差来实时调整上下游机架的轧制速度设定值，E机架的轧制速度设定值保持不变。

对于上述的微张力控制方法，步骤S3a中E机架的实际前后张力差值通过如下公式得到：

$T_1-T_2=\frac{1}{R_E}\{M_E-J_E\frac{{\mathrm{d\ω}}_E}{\mathrm{dt}}-2*[\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_{E0}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R_E*\frac{c}{b}*{\mathrm{\ΔP}}_E}]*P_E\}$

这里ω_E–电机角速度，单位：弧度/s；

R_E–轧辊半径r的2倍，单位：m；

L_E0–轧制力臂基准值，单位m；

P_E–轧制力，单位N；

M_E–主电机转矩，单位N·m；

J_E–电机轴上总转动惯量，单位kg/m²；

λ–力臂系数，约为0.4；

c–常数0.00024；

b–轧件平均厚度，单位mm。

上述的微张力控制方法进一步包括如下步骤：

步骤S1，当轧件进入第一个机架并咬入稳定时，检测当前进入的机架的主电机转矩和轧制力，从而确定当前进入的机架的轧辊力臂初始长度；

步骤S2，当轧件进入下一个机架并咬入稳定时，轧件当前进入的机架为速度控制，其上游各机架均由速度控制转为恒转矩闭环控制并且给转矩控制环设定转矩基准值，采集轧件当前进入的机架及其上游各机架的主电机速度、轧制力和主电机转矩，从而确定轧件当前进入的机架的轧辊力臂初始长度和新的连轧速度级联因子，轧件当前进入的机架及其上游各机架按照新的连轧速度级联因子恢复速度控制，重复步骤S2，直至轧件进入最后一个机架并执行完上述步骤S2；

步骤S3b，投入张力闭环控制：利用上述各个步骤中得到的各机架的轧辊力臂初始长度来构建本道次张力数学模型，连续不间断实时采集E机架的上游机架和E机架的下游机架的主电机转矩、轧制力和主电机速度，通过已构建的数学模型计算上下游机架的实际张力值，分别根据各个实际张力值与对应的张力目标设定值之差来实时调整E机架的上下游机架的轧制速度设定值，E机架的轧制速度设定值保持不变。

对于上述的微张力控制方法，E机架下游机架的实际张力值通过如下公式得到：

$T_2=\frac{1}{R_F}\{M_F-J_F\frac{d{\mathrm{\ω}}_F}{\mathrm{dt}}-2*[\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_{F0}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R_F*\frac{c}{b}*{\mathrm{\ΔP}}_F}]*P_F\}$

这里ω_F–电机角速度，单位：弧度/s；

R_F–轧辊半径r的2倍，单位m；

L_F0–轧制力臂基准值，单位m；

P_F–轧制力，单位N；

M_F–主电机转矩，单位N·m；

J_F–电机轴上总转动惯量，单位kg/m²；

λ–力臂系数，约为0.4；

c–常数0.00024；

b–轧件平均厚度，单位mm。

对于上述的微张力控制方法，步骤S2中轧件进入的当前机架的轧辊力臂初始长度是基于相邻两个机架中下游机架的后张力与上游机架的前张力相等而确定的。

与现有技术相比，本发明技术方案主要的优点如下：

（1）本发明的微张力控制系统和方法采用机架间实时张力控制闭环调节，采用机架间张力模型，实时检测计算张力，每一个道次轧制过程中，构成真正地张力控制闭环调节，保证机架间张力控制精度，保证在每一个道次轧制过程中机架间张力恒定且“微张力”，使轧件头尾几何尺寸超差减少，提高成材率；

（2）在串列式万能轧机的各个机架上设置测压头装置直接检测轧制力，根据测压头检测的轧制力大小，在线实时控制机架间张力，使张力达到“微张”来控制轧件尺寸精度，即“微张”轧制高速钢轨、H型钢等型材；

（3）串列式万能轧制过程中，考虑了轧制力臂长度受轧制力的大小影响而变化，轧制力臂长度并非恒定不变，提高了检测计算张力模型的准确度，特别是轧件出现“黑印”时，仍能很好的控制张力；

（4）每一道次轧制时，轧件在当前机架咬钢稳定后其后方各机架主电机的速度控制转为恒转矩控制，在恒转矩控制状态下采样当前机架主电机转矩和轧制力，来计算轧制力臂长度初始长度，提高了张力测量计算模型精度，同时采样各架间主电机实际速度，计算连轧速度级联关系更加准确。

（5）对于串列式万能轧机，采用以E机架速度为基准，E机架轧制速度保持不变而调节其他各机架速度设定值的方式，当各机架间张力出现偏差时，分别调整E机架上游机架的速度设定值和下游机架的速度设定值，且实时控制E机架前后张力之差的动态瞬时值，以保证串列式万能轧制微张力。

附图说明

图1a是根据本发明实施例1所述的用于轧制高速钢轨的串列式万能轧机上的微张力控制系统示意图；

图1b是根据本发明的实施例2所述的用于轧制高速钢轨的串列式万能轧机上的微张力控制系统示意图；

图2是根据本发明实施例1和实施例2所述的串列式万能轧机轧制高速钢轨过程中的微张力控制流程图；

图3是根据本发明一个实施例所述测压头在万能轧机上的安装示意图；

图4是轧制力矩示意图。

具体实施方式

本发明的微张力控制系统和方法主要针对型钢生产串列式万能轧制，特别是高速钢轨的轧制。串列式万能轧机一般由按照轧件先后进入的顺序排列的多个机架构成，轧件先通过的机架称为其后通过的机架的上游机架，反之，后通过的机架称为先通过的机架的下游机架。如图1a和1b所示，这些机架分为U机架和E机架，由于串列式万能轧机是可逆式连轧生产线，正向轧制时E机架的上游U机架在反向轧制时就变成了E机架的下游U机架。其中，U机架包括一对水平轧辊1和一对立辊，水平轧辊1由主电机驱动，立辊为从动轧辊，E机架是指轧边机架，仅有一对水平轧辊1，没有立辊。E机架的主要作用是限制轨头宽度和轨底宽度，因该机架减面率较小（由万能轧制工艺决定的），在连轧过程中E机架承受前后张力之差，造成E机架轧辊易打滑振荡，张力控制不够稳定，所以避免E机架前后张力差值出现较大波动是解决目前张力控制的关键所在。

本发明的微张力控制系统包括分别设置在E机架上游机架、E机架和E机架下游机架上的控制单元2a、2b和2c，这些控制单元2a、2b和2c在管理单元3的控制和管理下协作互通，管理单元3在轧件进入一个机架并咬钢稳定时将其上游各机架转换为恒转矩控制状态，所进入的机架保持为速度控制状态，需要的数据采集完成后将其上游各机架恢复为速度控制状态。控制单元2a、2b以及2c分别包括对应的检测计算模块21a、21b以及21c和对应的主传动调速模块22a、22b以及22c。

其中，E机架上游机架、E机架以及E机架下游机架上的检测计算模块21a、21b以及21c用于在轧件进入本机架并且上游各机架变为恒转矩控制状态时利用采集的数据计算本机架的轧辊力臂初始长度，

E机架上游机架或E机架上的检测计算模块21a或21b以及E机架下游机架上的检测计算模块21c还用于在每次张力闭环控制循环中检测计算本机架的实际张力值，并根据检测计算结果与张力目标设定值之间的偏差向主传动调速模块输出信号；

E机架上游机架的主传动调速模块22a用于根据E机架上的检测计算模块21b或本机架的检测计算模块21a的信号调整本机架的轧制速度设定值，E机架下游机架上的主传动调速模块22c用于根据本机架上的检测计算模块21c的信号调整本机架的轧制速度设定值。

E机架上游机架或E机架上的检测计算模块21a或21b以及E机架下游机架上的检测计算模块21c分别包括对应的张力PI调节器211a或211b以及211c，E机架上游机架上的主传动调速模块22a根据E机架上的张力PI调节器211b或本机架上的张力PI调节器211a发来的信号调整本机架的轧制速度设定值，E机架下游机架上的主传动调速模块22c根据本机架上的张力PI调节器211c发来的信号调整本机架的轧制速度设定值。

E机架上游机架上的检测计算模块21a包括前张力计算模块212，轧件进入当前机架并咬钢稳定时，当前机架的上游各机架变为恒转矩控制状态，前张力计算模块212接收本机架的轧制力、主电机转矩并根据本机架初始力臂长度来计算此时的前张力值，该张力值用于E机架及其下游机架计算初始力臂长度时使用，具体计算方法将在后面说明。

优选地，每个机架上都设有轧制力检测装置，用于直接检测轧制力，轧制力检测装置将检测到的轧制力数值发送给本机架的控制单元2a、2b或2c中的检测计算模块21a、21b或21c，轧制力检测装置可以采用测压头4。目前在型钢类轧制方面，轧机机架间MTC微张力控制中采集轧制力数值是采用主电机转矩或电流“记忆法”，没有设置轧制力检测装置，无法得到轧制力臂长度，机架间张力无法检测，造成张力波动大。

基于上述系统，本发明的微张力控制方法主要过程如下：轧件依次经过各机架连轧的过程中，进入当前机架并咬入稳定时，通过使上游各机架处于恒转矩控制状态得到当前机架的轧辊力臂初始长度，直到轧件进入最后一个机架并且也得到了最后一个机架的轧辊力臂初始长度时，系统投入张力闭环控制，每次闭环控制循环中分别检测E机架及其下游机架轧辊的轧制力得到轧辊力臂长度的变化量来计算机架间实际张力值，根据机架间实际张力值与张力目标设定值的比较结果来调整E机架上游和下游机架的轧制速度设定值。

优选地，轧制力的检测是通过轧制力检测装置直接检测。在上述方法启动之前，由轧机主传动张力模型构建主传动调速特性和能够实现的最小张力控制值。

如图2所示，本发明的微张力控制方法具体包括如下步骤：

步骤S1，当轧件进入第一个机架并咬入稳定时，检测当前进入的机架的主电机转矩和轧制力，从而确定当前进入的机架的轧辊力臂初始长度；

步骤S2，当轧件进入下一个机架并咬入稳定时，轧件当前进入的机架为速度控制，其上游各机架均由速度控制转为恒转矩闭环控制并且给转矩控制环设定转矩基准值，采集轧件当前进入的机架及其上游各机架的主电机速度、轧制力和主电机转矩，从而确定轧件当前进入的机架的轧辊力臂初始长度和新的连轧速度级联因子，轧件当前进入的机架及其上游各机架按照新的连轧速度级联因子恢复速度控制，重复步骤S2，直至轧件进入最后一个机架并执行完上述步骤S2；

步骤S3，投入张力闭环控制：利用上述各个步骤中得到的各机架的轧辊力臂初始长度来构建本道次张力数学模型，连续不间断实时采集E机架及其下游机架的主电机转矩、轧制力和主电机速度通过已构建的数学模型计算对应机架的实际张力值，分别根据各个实际值与对应的设定值之差来实时调整E机架上下游机架的轧制速度设定值，E机架的轧制速度设定值保持不变。

目前在板带类轧制方面，具有无活套微张力连轧控制，采用轧制力臂长度不变原则，即每一个道次轧制过程中，轧制力臂长度保持恒定不变，以此来检测计算张力。而本发明的微张力控制系统和方法针对型钢生产串列式万能轧制，特别是高速钢轨万能轧制，因此考虑了轧制力臂长度受轧制力大小的影响而变化，轧制力臂长度并非恒定不变，从而提高了张力检测计算的准确度。特别是轧件出现“黑印”时，仍能很好地控制张力。

此外，本发明的微张力控制系统和方法在轧件进入的机架咬钢稳定后，其上游各机架的主电机的速度控制转为恒转矩控制，轧件进入的当前机架作为所有其上游机架的速度控制机架，在这种状态下采样主电机转矩和轧制力，来计算轧制力臂长度初始值，进一步提高张力测量计算的精度。同时，采样各机架间主电机实际速度，计算连轧速度级联关系也更加准确。

在串列式万能轧机中，以中间的E机架作为基准机架。而现有的串列式万能轧机MTC微张力控制系统忽略了E机架对张力的影响，并且现有的多机架连轧张力控制一般将末机架作为基准机架，对于可逆式串列式万能轧机来说不合理。本发明的微张力控制系统和方法将E机架也参与张力控制，未忽略E机架对张力的影响，以E机架轧制速度为基准，将E机架轧制速度保持不变的方式来调节各机架速度设定值，当各机架间张力出现偏差时分别调整E机架的上游机架速度设定值和下游机架速度设定值，以保证串列式万能轧制的微张力。

以E机架轧制速度为基准，调整E机架的上、下游机架速度设定值的过程可以通过以下两种方式完成：一种是检测E机架前张力T₂与后张力T₁之差ΔT，将该张力差反馈与给定张力差ΔT_*比较，经E机架的张力PI调节器211b输出来改变E机架上游机架的主传动转速，实现在线上游机架间微张力闭环控制，如图1a所示，其优点是能够避免E机架前后张力差ΔT_*波动较大造成的E轧机轧辊打滑振荡；另一种是检测E机架上游机架与E机架间张力，通过E机架上游机架的张力PI调节器211a改变本机架主传动速度，以保持E机架上游机架与E机架间微张力，同时检测E机架与E机架下游机架间张力，通过E机架下游机架的张力PI调节器211c改变本机架的主传动速度，以保持E机架与E机架下游机架间微张力，如图1b所示。由于在连轧过程中E机架承受前后张力之差，造成E机架轧辊易打滑振荡，张力控制不够稳定，所以避免E机架前后张力差值出现较大波动是解决目前张力控制的关键所在，所以本发明的优选方案是图1a所示的实施例1。

为了实现本发明的微张力控制，轧机的主传动调速模块22a、22b和22c必须具备实现微张力控制的能力，具体来说就是必须根据想要达到的最小张力水平来确定主传动调速模块22a、22b和22c的调速静差率S_e。

下面，以轧制高速钢轨的三机架UR/E/UF万能轧机为例进一步说明本发明的微张力控制系统和方法。因为UR/E/UF万能轧机是可逆式串列式轧机，所以轧件既可以经UF至UR轧制，又可以经UR至UF轧制，下面是以经UR至UF的轧制顺序为例。

目前，串列式万能轧机在轧制钢轨时，每一道次轧件的头部、尾部和中部因温度等原因受到的轧制力是不断变化的，使辊缝、辊速等变化，造成机架间张力也在变化，对轧件尺寸产生影响。因此，MTC微张力控制应采用“在线机架间实时张力计算”控制模式。该模式将轧制力参与张力控制，通过张力模型实时测量计算实际张力值，采用张力PI调节器对机架间张力形成闭环控制，调节各个机架的主电机转速，实现高精度张力控制。

本发明的微张力控制系统和方法需要如下几个关键数据和模型：轧制力检测、轧制力臂长度、轧制力矩动态模型、张力测量计算模型和主传动调速模块张力计算模型。

轧制力检测

实现机架间实时MTC微张力控制，首先需要解决轧制力检测问题。目前，钢轨生产万能轧制方面，TCS工艺控制所需的轧制力是通过轧辊油缸压力传感器检测油压力，从油压力转换成轧制力，需要进行计算处理得到轧制力。对张力闭环控制来说，经过计算处理得到的轧制力，其实时性较差，对张力闭环调节控制不适合。

因此，本发明提出另外一种获得轧制力的方式，在钢轨生产万能轧制过程中，采用轧制力检测装置比如测压头直接检测轧辊1的轧制力。获得串列式万能轧机MTC微张力闭环控制所需的轧制力之后，根据此轧制力来计算机架间张力，实现微张力闭环控制。

如图3所示，轧机的每个机架安装一套测压头4，优选包含两个测压头4，分别安装在上轧辊1两侧的液压HGC（Hydraulic Gap control，液压辊缝控制）油缸12与轴承座11之间。优选地，通常测压头4标称压力Fnom为10MN,最大承受尖峰压力27MN。

轧制力臂长度

轧制力矩如图4所示，轧机在轧制时，人字齿轮机座传动比1:1，动态方程为：

$M=J\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}+2*L*P-R*T_f+R*T_b+M_s---\left(1\right)$

式中：M–电机电磁转矩，单位：N·m，通过主传动调速模块22a、22b和22c可以实时检测；

L-轧制力臂，单位：m；

P-轧制力，单位：N，通过测压头4检测；

R-轧辊半径r的2倍，即R=2*r；单位：m，已知数据；

T_f–前轧件张力，单位：N；

T_b–后轧件张力，单位：N；

ω–电机角速度，单位：弧度/s，ω=(2π/60)*n，通过测速装置检测；

J–电机轴上总转动惯量，单位：kg/m²，已知数据；

Ms–摩擦磁转矩，单位：N·m；已知数据，可以忽略不计。

上式中，根据轧制理论，轧制力臂长度L如下式：

$L=\mathrm{\λ}\sqrt{R(H-h+\frac{c}{b}*P)}---\left(2\right)$

式中：λ–力臂系数，约为0.4；

c–常数0.00024；

b–轧件平均厚度，单位mm；

H–入口轧件厚度，单位mm；

h–出口轧件厚度，单位mm；

设某时刻轧制力臂基准值为L₀，则由式（2）得：

$L_0=\mathrm{\λ}\sqrt{R(H_0-h_0+\frac{c}{b}*P_0)}---\left(3\right)$

设轧制力臂变化为ΔL，得：

L=L₀+ΔL    --------（4）

根据式（2）、（3）和（4）得出：

$L=L_0+\mathrm{\ΔL}=\mathrm{\λ}\sqrt{R[(H_0+\mathrm{\ΔH})-(h_0+\mathrm{\Δh})\frac{c}{b}*(P_0+\mathrm{\ΔP})}]$

即： $\mathrm{\ΔL}=\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_0}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R*(\mathrm{\ΔH}-\mathrm{\Δh}+\frac{c}{b}*\mathrm{\ΔP})}-L_0---\left(5\right)$

因为串列式万能轧机配置有液压AGC自动厚度控制功能，所以在之前的道次使用了AGC控制，使得同一根钢轨的尺寸的波动较小，对式（5）中的变化量ΔH和Δh（轧件在机架入口的厚度和在机架出口的厚度沿长度方向上的变化）几乎可以忽略不计，所以式（5）简化为：

$\mathrm{\ΔL}=\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_0}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R*\frac{c}{b}*\mathrm{\ΔP})}-L_0---\left(6\right)$

从式（6）可见，根据轧制力P的变化量，可以计算出轧制力臂变化量。这样使张力模型更加精确，避免了板带轧制无活套微张力连轧轧制力臂长度不变的弊病。在轧件出现“黑印”时，仍能有较为准确的张力模型。

轧制力矩动态模型

由式（1）和（4），忽略Ms摩擦转矩之后，整理为：

$M=J\frac{\mathrm{d\ω}}{\mathrm{dt}}+2*(L_0+\mathrm{\ΔL})*P-R*T_f+R*T_b---\left(7\right)$

上式为张力控制基本模型。

张力测量计算模型

根据式（6）和（7），UR机架张力公式如下：

$T_1=\frac{1}{R_R}\{J\frac{d{\mathrm{\ω}}_R}{\mathrm{dt}}+2*[\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_{R0}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R_R*\frac{c}{b}*\mathrm{\Δ}{P}_R}]*P_R-M_R\}---\left(8\right)$

根据式（7），UF机架张力公式如下：

$T_2=\frac{1}{R_F}\{M_F-J\frac{d{\mathrm{\ω}}_F}{\mathrm{dt}}-2*[\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_{F0}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R_F*\frac{c}{b}*{\mathrm{\ΔP}}_F}]*P_F\}---\left(9\right)$

根据式（7），E机架间张力公式如下：

$T_1-T_2=\frac{1}{R_E}\{M_E-J\frac{{\mathrm{d\ω}}_E}{\mathrm{dt}}-2*[\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_{E0}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R_E*\frac{c}{b}*{\mathrm{\ΔP}}_E}]*P_E\}---\left(10\right)$

如果轧机出口钢轨轧件截面积为S（单位：mm²），则钢轨单位面积承受的张力为T₁/S或者T₂/S（kg/mm²），即单位张应力。

在图1a所示的实施例1中，采集E机架主电机转矩M_E、轧制力P_E、以及主电机实际速度值ω_E输入给本机架的检测计算模块21b，检测计算模块21b实时计算E机架前后张力差值，将算出的E机架前后张力差值与张力差目标设定值比较得到UR机架的前张力调节值，输入给张力PI调节器211b，张力PI调节器211b的输出作为UR机架的主传动调速模块22a的输入，UR机架的主传动调速模块22a根据E机架上的张力PI调节器211b发来的信号调整本机架的轧制速度设定值。同时，采集UF机架主电机转矩M_F、轧制力P_F、以及主电机实际速度值ω_F输入给本机架的检测计算模块21c，检测计算模块21c实时计算UF机架的后张力值，将算出的UF机架的后张力值与后张力目标设定值比较得到UF机架的后张力调节值，输入给本机架的张力PI调节器211c，张力PI调节器211c的输出作为本机架上主传动调速模块22c的输入，UF机架的主传动调速模块22c根据PI调节器211c发来的信号调整本机架的轧制速度设定值。

这样就实现了瞬时动态情况下，E机架前张力和后张力之差的实时控制，同时也控制了E机架与UR机架之间和与UF机架之间的张力。在张力闭环控制过程中，因E机架减面率较小（与相邻万能U机架相比较轧制功率相差一倍），必须保持E机架速度恒定不变，以E轧机速度为基准调节其他机架速度，这是串列式万能轧制微张力控制需要遵循的原则。

主传动调速模块张力计算模型

张应力控制水平约小于10%高温变形强度，随着钢轨轧制道次增加，张应力水平是可以逐步增加的，一般控制在0.15kg/mm²以内即可。

一方面，通过建立主传动调速模块张力计算模型，对主传动调速模块22a和22c的特性参数进行计算，确定能够实现微张控制的主传动特性参数，从而可建立适应微张力控制的主传动调速模块22a和22c。

$\mathrm{\μ}=\frac{\mathrm{\ΔN}}{2S_e}=\frac{M_T}{M_e}---\left(11\right)$

式中：

---稳态调速精度，单位%，定义：转速给定值n^*与转速实际值n之差，基于与额定转速的百分比；

S_e---调速静差率，单位%，定义：在某一定设定速度下，负载转矩变化由空载到额定负载转矩时，空载转速n₀与额定负载转矩下的转速n之差，基于与额定转速的百分比；

M_T---张力力矩，单位N·m，M_T=T*R，T为张力、R为轧辊半径；

Me---电机额定转矩，单位N·m。

由式（11）得调速静差率S_e：

$S_e=\frac{\mathrm{\ΔN}*M_e}{2*T*R}---\left(12\right)$

ΔN值实质上就是相邻机架轧件速差，速差与张力大小成正比，为实现“微”张力，控制速差ΔN越小越好，但速差ΔN最小值受主传动调速模块22a和22c的稳态调速精度所限。如果调速模块22a和22c的稳态调速精度能达到±0.01%，则相邻机架轧件速差ΔN最小值为ΔN=2*0.01%=0.02%。

公式（12）中，张力T与静差率S_e成反比，静差率S_e越小，主传动调速模块22a和22c的特性越硬，在同样的速差ΔN下张力T越大。张力控制过程中，总是因某种原因先出现速差ΔN，造成张力变化，通过张力检测，让主传动调速模块22a和22c再去纠正和抵消这个偏差，此时若静差率S_e太小，主传动调速模块22a和22c特性硬，张力波动就大，在主传动调速模块22a和22c还没有纠偏前，原希望的微张力值就已经遭到破坏。所以必须通过公式（12）来计算静差率S_e，让主传动调速模块22a和22c的调速特性在张力控制投入之后，具有希望的静差率S_e，以实现微张控制。需要指出的是，主传动调速模块22a和22c能够设置参数，能够设置用户所需要的静差率S_e。

或者由式（11）得最小张力水平T：

$T=\frac{\mathrm{\ΔN}*M_e}{2*S_e*R}---\left(13\right)$

另一方面，在实际应用中，综合考虑各种因素（如轧件温降、轧制速度及产量等因素），可以事先人为确定一个静差率S_e，并根据主传动调速模块22a和22c的稳态调速精度ΔN（稳态调速精度ΔN与主传动调速模块22a和22c有关，由主传动调速模块22a和22c保证的精度，是预先确定的常数），通过公式（13）计算张力T，计算出来的张力T^*就是系统能够达到的张力最小值，用该值结合对轧件高温变形强度的考虑，最后确定机架间张力目标设定值T_1*。计算出来的张力T^*作为张力最小目标值，其对应的张应力（kg/mm²）是否在高温变形强度允许范围内，这与轧件钢种有关，例如，根据有关热轧资料，张应力可达到0.7kg/mm²。

基于上述数据检测方法和计算模型，如图1a、图1b和图2所示，本发明的微张力控制方法的详细过程如下：

步骤S1，轧件咬入UR机架进入稳态并接近E机架时，计算UR机架的轧制力臂初始长度L_R0

由式（7）得：

M_R0=2*L_R0*P_R0    --------（14）

由式（14）得：

$L_{R0}=\frac{M_{R0}}{2P_{R0}}---\left(15\right)$

上式中：M_R0–UR机架主电机电磁转矩，即：E机架未咬钢时的UR机架主电机稳态转矩，稳态转矩可以由主传动调速模块22a实时测量得到，单位：N·m；

P_R0–轧制力，E机架未咬钢时的UR机架的轧制力，通过测压头4检测得到万能模式下轧辊的轧制力，单位：N；

L_R0–轧制力臂初始长度，UR机架的轧制力臂，该值在每道次轧制时均可通过M₀/P₀计算得到，并保存在计算机存储介质中，单位：m。

步骤S2，钢轨经由UR机架进入E机架咬入稳定后，UR机架的主电机由速度控制改为恒转矩闭环控制，转矩设定基准值M_R*计算如下：

M_R*=M_R0-M_RT*=M_R0-R_R*T_1*    ------（16）

式中，T_1*为UR/E机架间张力目标设定值，单位N，为已知数据，可以事先通过公式（13）计算得到；

R_R为UR机架轧辊半径r的2倍，单位m；

M_R0为UR机架电机电磁转矩，即E机架未咬钢时的UR轧机主电机稳态转矩，稳态转矩可以由主传动调速模块22a实时测量得到，单位：N·m。

由于轧件温度不会突变，故轧制力也不会突然变化，这样就可以在短时间内维持UR机架恒转矩闭环控制、E机架闭环速度控制的状态。当轧件穿过E机架时，UR机架的速度自动地调整配合以维持在转矩设定基准值M_R*。

此时，完成如下的UR/E机架连轧速度级联因子和E机架轧制力臂计算：

在UR机架恒转矩控制状态下，采样UR、E各机架主电机实际速度值，计算UR和E机架连轧速度级联因子。

采集UR机架上轧辊的轧制力P_R1和主电机转矩M_R1给前张力计算模块212，前张力计算模块212根据步骤S1中得到的UR机架轧辊力臂初始长度L_R0计算此时UR机架的前张力；采集E机架上轧辊的轧制力P_E0和主电机转矩M_E0，然后计算此时E机架的后张力，由式（7）得：

M_R1=2*（L_R0+ΔL_R)*P_R1-R_R*T_Rf    --------（17）

式中：ΔL_R≈0

M_E0=2*L_E0*P_E0+R_E*T_Eb    --------（18）

式中：前张力T_Rf=后张力T_Eb

由式（17）和（18）组合，可求解E机架轧制力臂初始长度L_E0和UR/E机架间张力T_Rf（或T_Eb）。

钢轨咬入E机架并按照上述公式计算UR/E机架连轧速度级联因子和E机架轧制力臂初始长度之后，UR机架主电机与E机架按照新的连轧速度级联因子恢复原速度控制。

这里，连轧速度级联因子是指给定机架的轧件入口断面面积与出口断面面积之商，也可以认为是就某个机架来说出口轧件的速度与入口轧件的速度之商。

钢轨进入UF机架，UF机架咬入稳定后，UR和E机架主电机由速度控制改为恒转矩闭环控制。UR机架间转矩设定基准值与式（16）相同，E机架间转矩设定基准值M_E*等于转矩M_E0减去“UR/E机架间张力控制目标值T_1*”与“E/UF机架间张力控制目标值T_2*”之差乘R_E的积。

此时，采集UR机架上轧辊的轧制力P_R2和主电机转矩M_R2给前张力计算模块212，前张力计算模块212根据步骤S1中得到的UR机架轧辊力臂初始长度L_R0计算此时UR机架的前张力；采集E机架上轧辊的轧制力P_E1和主电机转矩M_E1，然后计算此时E机架的前后张力之差；采样UF机架上轧辊的轧制力P_F0和主电机转矩M_F0，然后计算此时UF机架的后张力，计算方法参考式（17）、式（18），从而计算出UF机架轧制力臂初始长度L_F0。另外，采样UR、E、UF各机架实际速度，计算这三个机架之间的连轧速度级联因子。

UF机架咬钢稳定并且采样计算完成后，UR/E机架主电机由转矩控制恢复速度控制，UR/E/UF各机架速度按照新的连轧速度级联因子设置。在此，如果采用实施例1的微张力实时控制方式，则流程进行到步骤S3a，如果采用实施例2的微张力实时控制方式，则流程进行到步骤S3b。

步骤S3a，按照如下过程投入张力闭环控制：

对应如图1a所示的实施例1，E机架张力闭环控制投入，将步骤S2中得到的L_E0、测压头4检测到的轧制力P_E、主传动调速模块22b检测到的E机架主电机转矩M_E和通过检测装置检测到的E机架主电机实际速度带入式（10）中计算得到E机架前张力T₂与后张力T₁之差ΔT，根据张力差目标设定值ΔT_*与实际张力差ΔT之差，E机架张力PI调节器211b向UR机架主传动调速模块22a输出信号，UR机架主传动调速模块22a收到信号后调整UR机架速度设定值。

UF机架张力闭环控制投入，将步骤S2中得到的L_F0、测压头4检测到的轧制力P_F、主传动调速模块22c检测到的UF机架主电机转矩M_F和通过检测装置检测到的UF机架主电机实际速度入式（9）中计算得到实际张力T₂，根据张力目标设定值T_2*与实际张力T₂之差，张力PI调节器211c向主传动调速模块22c输出信号，主传动调速模块22c收到信号后调整UF机架速度设定值。

步骤S3b，按照如下过程投入张力闭环控制：

对应如图1b所示的实施例2，UR机架张力闭环控制投入，将步骤S1中得到的L_R0、测压头4检测到的轧制力P_R、主传动调速模块22a检测到的UR机架主电机转矩M_R和通过检测装置检测到的UR机架主电机实际速度带入式（8）中计算得到UR机架实际张力T₁，根据张力目标设定值T_1*与实际张力T₁之差，UR机架张力PI调节器211a向主传动调速模块22a输出信号，UR机架主传动调速模块22a收到信号后调整UR机架速度设定值。

UF轧机张力闭环控制投入，将步骤S2中得到的L_F0、测压头4检测到的轧制力P_F、主传动调速模块22c检测到的UF机架主电机转矩M_F和通过检测装置检测到的UF机架主电机实际速度入式（9）中计算得到实际张力T₂，根据张力目标设定值T_2*与实际张力T₂之差，张力PI调节器211c向主传动调速模块22c输出信号，主传动调速模块22c收到信号后调整UF机架速度设定值。

在张力闭环控制过程中，以E机架的轧制速度为基准，E机架速度设定值保持不变。

由于机架主传动电机速度采用闭环控制，完成数据采集、模型计算、数据输出的循环周期优选小于1ms，主传动电机实际速度将实时跟随“速度设定值”。

经UF至UR轧制与UR至UF轧制类似。

Claims (15)

1.一种微张力控制系统，包括分别设置在E机架上游机架、E机架和E机架下游机架上的控制单元（2a、2b和2c），这些控制单元（2a、2b和2c）在管理单元（3）的控制和管理下协作互通，管理单元（3）在轧件进入一个机架并咬入稳定时将其上游各机架转换为恒转矩控制状态，所进入的机架保持为速度控制状态，需要的数据采集完成后将其上游各机架恢复为速度控制状态，控制单元（2a、2b和2c）分别包括对应的检测计算模块（21a、21b和21c）和对应的主传动调速模块（22a、22b和22c），

其中，E机架上游机架、E机架以及E机架下游机架上的检测计算模块（21a、21b和21c）用于在轧件进入本机架并且上游各机架变为恒转矩控制状态时利用采集的数据计算本机架的轧辊力臂初始长度，

E机架上游机架或E机架上的检测计算模块（21a或21b）以及E机架下游机架上的检测计算模块（21c）还用于在每次张力闭环控制循环中检测计算本机架的实际张力值，并根据检测计算结果与张力目标设定值之间的偏差向主传动调速模块输出信号；

E机架上游机架上的主传动调速模块（22a）用于根据E机架或本机架上的检测计算模块（21b或21a）的信号调整本机架的轧制速度设定值，E机架下游机架上的主传动调速模块（22c）用于根据本机架上的检测计算模块（21c）的信号调整本机架的轧制速度设定值。

2.如权利要求1所述的微张力控制系统，其特征在于，E机架上游机架或E机架上的检测计算模块（21a或21b）以及E机架下游机架上的检测计算模块（21c）分别包括对应的张力PI调节器（211a或211b以及211c），张力PI调节器（211a或211b和211c）根据实际张力值与对应的张力目标设定值之差向主传动调速模块（22a和22c）输出信号。

3.如权利要求1所述的微张力控制系统，其特征在于，各个机架上分别设有轧制力检测装置，轧制力检测装置将检测到的轧制力数值发送给本机架的控制单元（2a、2b或2c）中的张力检测计算模块（21a、21b或21c）。

4.如权利要求3所述的微张力控制系统，其特征在于，轧制力检测装置为安装在上轧辊（1）的液压油缸（12）与轴承座（11）之间的一对测压头（4）。

5.如权利要求1或3所述的微张力控制系统，其特征在于，E机架上游机架上的检测计算模块（21a）包括前张力计算模块（212），轧件进入当前机架并咬入稳定时，当前机架上游各机架变为恒转矩控制状态，前张力计算模块（212）接收本机架的轧制力、主电机转矩并根据本机架初始力臂长度来计算此时的前张力值。

6.如权利要求1所述的微张力控制系统，其特征在于，通过下式构建主传动调速模块（22a、22b和22c）的特性和能够实现的最小张力控制值：

$S_e=\frac{\mathrm{\ΔN}*M_e}{2*T*R}$

ΔN---稳态调速精度，单位%；定义：转速给定值n^*与转速实际值n之差，基于与额定转速的百分比；

S_e---调速静差率，单位%；定义：在设定速度下，负载转矩变化由空载到额定负载转矩时，空载转速n₀与额定负载转矩下的转速n之差，基于与额定转速的百分比；

M_T---张力力矩，单位N·m，M_T=T*R，T为张力目标设定值、R为轧辊半径；

Me---主电机额定转矩，单位N·m。

7.一种微张力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

轧件依次经过各机架连轧的过程中，进入当前机架并咬入稳定时，通过使上游各机架处于恒转矩控制状态得到当前机架的轧辊力臂初始长度，直到轧件进入最后一个机架并且也得到了最后一个机架的轧辊力臂初始长度时，系统投入张力闭环控制，每次闭环控制循环中分别检测E机架及其下游机架轧辊的轧制力得到轧辊力臂长度的变化量来计算机架间实际张力值，根据机架间实际张力值与张力目标设定值的比较结果来调整E机架上游和下游机架的轧制速度设定值。

8.如权利要求7所述的微张力控制方法，其特征在于，采集到的轧制力是通过安装在每个机架上的轧制力检测装置直接检测得到的。

9.如权利要求7所述的微张力控制方法，其特征在于，在所述方法启动之前，通过下式构建主传动调速特性和能够实现的最小张力控制值：

$S_e=\frac{\mathrm{\ΔN}*M_e}{2*T*R}$

ΔN---稳态调速精度，单位%；定义：转速给定值n^*与转速实际值n之差，基于与额定转速的百分比；

S_e---调速静差率，单位%；定义：在设定速度下，负载转矩变化由空载到额定负载转矩时，空载转速n₀与额定负载转矩下的转速n之差，基于与额定转速的百分比；

M_T---张力力矩，单位N·m，M_T=T*R，T为张力目标设定值、R为轧辊半径；

Me---主电机额定转矩，单位N·m。

10.如权利要求7所述的微张力控制方法，其特征在于，通过调整E机架上游机架的轧制速度设定值来控制E机架前后张力之差。

11.如权利要求10所述的微张力控制方法，其特征在于，该方法进一步包括如下步骤：

步骤S1，当轧件进入第一个机架并咬入稳定时，检测当前进入的机架的主电机转矩和轧制力，从而确定当前进入的机架的轧辊力臂初始长度；

步骤S2，当轧件进入下一个机架并咬入稳定时，轧件当前进入的机架为速度控制，其上游各机架均由速度控制转为恒转矩闭环控制并且给转矩控制环设定转矩基准值，采集轧件当前进入的机架及其上游各机架的主电机速度、轧制力和主电机转矩，从而确定轧件当前进入的机架的轧辊力臂初始长度和新的连轧速度级联因子，轧件当前进入的机架及其上游各机架按照新的连轧速度级联因子恢复速度控制，重复步骤S2，直至轧件进入最后一个机架并执行完上述步骤S2；

步骤S3a，投入张力闭环控制：利用上述各个步骤中得到的各机架的轧辊力臂初始长度来构建本道次张力数学模型，连续不间断实时采集E机架及其下游机架的主电机转矩、轧制力和主电机速度，通过已构建的数学模型计算E机架的实际前后张力值之差和E机架下游机架的实际张力值，分别根据各个实际值与对应的目标设定值之差来实时调整上下游机架的轧制速度设定值，E机架的轧制速度设定值保持不变。

12.如权利要求11所述的微张力控制方法，其特征在于，步骤S3a中E机架的实际前后张力差值通过如下公式得到：

$T_1-T_2=\frac{1}{R_E}\{M_E-J_E\frac{{\mathrm{d\ω}}_E}{\mathrm{dt}}-2*[\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_{E0}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R_E*\frac{c}{b}*{\mathrm{\ΔP}}_E}]*P_E\}$

这里ω_E–电机角速度，单位：弧度/s；

R_E–轧辊半径r的2倍，单位：m；

L_E0–轧制力臂基准值，单位m；

P_E–轧制力，单位N；

M_E–主电机转矩，单位N·m；

J_E–电机轴上总转动惯量，单位kg/m²；

λ–力臂系数，约为0.4；

c–常数0.00024；

b–轧件平均厚度，单位mm。

13.如权利要求7所述的微张力控制方法，其特征在于，该方法进一步包括如下步骤：

步骤S1，当轧件进入第一个机架并咬入稳定时，检测当前进入的机架的主电机转矩和轧制力，从而确定当前进入的机架的轧辊力臂初始长度；

步骤S2，当轧件进入下一个机架并咬入稳定时，轧件当前进入的机架为速度控制，其上游各机架均由速度控制转为恒转矩闭环控制并且给转矩控制环设定转矩基准值，采集轧件当前进入的机架及其上游各机架的主电机速度、轧制力和主电机转矩，从而确定轧件当前进入的机架的轧辊力臂初始长度和新的连轧速度级联因子，轧件当前进入的机架及其上游各机架按照新的连轧速度级联因子恢复速度控制，重复步骤S2，直至轧件进入最后一个机架并执行完上述步骤S2；

步骤S3b，投入张力闭环控制：利用上述各个步骤中得到的各机架的轧辊力臂初始长度来构建本道次张力数学模型，连续不间断实时采集E机架的上游机架和E机架的下游机架的主电机转矩、轧制力和主电机速度，通过已构建的数学模型计算上下游机架的实际张力值，分别根据各个实际张力值与对应的张力目标设定值之差来实时调整E机架的上下游机架的轧制速度设定值，E机架的轧制速度设定值保持不变。

14.如权利要求11、12或13所述的微张力控制方法，其特征在于，E机架下游机架的实际张力值通过如下公式得到：

$T_2=\frac{1}{R_F}\{M_F-J_F\frac{d{\mathrm{\ω}}_F}{\mathrm{dt}}-2*[\mathrm{\λ}\sqrt{{\left(\frac{L_{F0}}{\mathrm{\λ}}\right)}^2+R_F*\frac{c}{b}*{\mathrm{\ΔP}}_F}]*P_F\}$

这里ω_F–电机角速度，单位：弧度/s；

R_F–轧辊半径r的2倍，单位m；

L_F0–轧制力臂基准值，单位m；

P_F–轧制力，单位N；

M_F–主电机转矩，单位N·m；

J_F–电机轴上总转动惯量，单位kg/m²；

λ–力臂系数，约为0.4；

c–常数0.00024；

b–轧件平均厚度，单位mm。

15.如权利要求11、12或13所述的微张力控制方法，其特征在于，步骤S2中轧件进入的当前机架的轧辊力臂初始长度是基于相邻两个机架中下游机架的后张力与上游机架的前张力相等而确定的。

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