(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210995999.2 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 燕山大学 地址 066004 河北省秦皇岛市海港区河北 大街西段438号 (72)发明人 彭艳　张政　王瑾　梁师诚　 赵向阳　张学微　 (74)专利代理 机构 大连东方专利代理有限责任 公司 21212 专利代理师 李洪福 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 17/16(2006.01) G06F 17/18(2006.01)G06N 3/00(2006.01) B21B 38/00(2006.01) B21B 38/08(2006.01) B21B 37/00(2006.01) G06F 113/04(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 113/14(2020.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模 与角度辨识方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于热轧轧机辊系交叉 的动力学建模与角度辨识方法， 涉及热轧机辊系 交叉角度辨识技术领域， 包括如下步骤： 根据所 述工作辊和支撑辊轴向力、 轧制力与辊系间交叉 角度的关联关系式， 建立轴向动力学模型； 搭建 考虑辊系交叉角的动力学参数辨识模型的辨识 系统， 根据待估计参数矩阵中得到该轧机工作辊 与支撑辊的交叉角度、 工作辊与板带运动方向的 垂向的交叉角度和上下工作辊之间的交叉角度。 本发明充分挖掘热轧机组实际生产的相关数据 来辨识轧机辊系间的交叉角度， 并且在此基础上 还可以进一步分析板带在不同轧制宽度、 厚度、 材料和不同轧制速度等情况下， 对辊系间交叉角 度的影响程度， 动态跟踪热轧机组辊系间交叉角 度的变化情况。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115470617 A 2022.12.13 CN 115470617 A 1.一种基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 在轧机工作辊和 支撑辊的轴向安装测振传感器， 通过所述测振传感器采集热轧产线实 际生产过程中轧机辊系 轴向的振动数据； 收集轧机系统在实际生产过程中采集到的轧机操作侧 和传动侧的处 理前轧制力数据； 筛选出轧机在轧制同一块板带时， 轧机辊系的轴向振动数据和轧机两侧的轧制力数 据， 并进行处 理， 得到处 理后振动数据和处 理后轧制力数据； 根据轧机工作辊与支撑辊的交叉角度、 工作辊与板带前进方向的垂向的交叉角度， 工 作辊、 支撑辊的轴向力及轧制 力之间的关系， 建立工作辊和支撑辊轴向力、 轧制 力与辊系间 交叉角度的关联关系式； 根据所述工作辊和支撑辊轴向力、 轧制力与辊系 间交叉角度的关联关系式， 建立轴向 动力学模型； 将所述轴向动力学模型依据状态空间模型转化原则转化为相应的状态方程和控制方 程； 对所述状态方程和控制方程进行求解， 利用求解得到的参数矩阵进一步计算动力学响 应预测模型， 根据所述动力学响应预测模型与处理后的振动数据进一步得到轧机在该轧制 状态下状态空间模型的损失函数； 搭建考虑 辊系交叉角的轴向动力学参数辨识模型的辨识系统， 通过所述辨识系统对损 失函数进行寻优， 得到轧机状态空间模型最小损失函数 下待估计参数矩阵； 根据待估计参数矩阵得到该轧机工作辊与支撑辊的交叉角度、 工作辊与板带运动方向 的垂向的交叉角度和上 下工作辊 之间的交叉角度。 2.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于， 对轧机辊系的轴向振动数据和轧机两侧的轧制力数据和振动数据进行处理， 包括 如下步骤： 对实测轧制力数据和振动数据进行傅里叶变换和去直流分量处理， 得到新的信号矩 阵； 设定自适应滤波器， 将所述自适应滤波器与所述新的信号矩阵进行点积处理， 得到滤 波后的频域信号和时域信号； 对滤波后的频域信号进行傅里叶逆变化， 得到滤波后的轧制力处理数据和处理后振动 处理数据； 对滤波后轧制力处 理数据进行去趋势化处 理， 得到处 理后轧制力数据。 3.根据权利要求2所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于， 所述处 理后轧制力的处 理公式为： P1＝P'‑( α +β n'T)， n'＝1， 2， …， N········· (1) 其中： P1为处理后轧制力， P'为处理前轧制力， T为采样周期， α和β 为处理前轧制力的拟 合系数。 4.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于： 所述轧机的轧制力数据等于轧机 两侧轧制力之和， 所述轧机的轧制力公式为： P＝PD+PO········· (2)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115470617 A 2其中： P为轧机的轧制力波动， PD为轧机传动侧的轧制力波动， PO为轧机操作侧的轧制力 波动。 5.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于： 所述测振传感器为加速度传感器、 速度传感器或位移传感器中的一种。 6.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于： 所述轧制力的采集频率与振动数据的采集频率设定相同。 7.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于， 由工作辊与支撑辊交叉引起的工作辊的轴向力和轧制力之间的关系式为： Fb＝0.06×(vω)0.43×P×tanθ1×f1+D········· (3) 其中： Fb为由于工作辊与支 撑辊交叉工作辊的轴向力， vω为接触区工作辊辊面线速度； P 为轧机的轧制力， θ1为工作辊与支撑辊的交叉角度， f1为支撑辊与工作辊间摩擦对轴向力的 影响系数， D为交叉角零 点时的轴向力跳动值， 约为8～10KN； 所述支撑辊产生的轴向力和轧制力之间的关系式为： Fc＝0.06×(vω)0.43×P×sinθ1×f1+D········· (4) 其中： Fc为由于工作辊与支撑辊交叉支撑辊的轴向力； 所述工作辊轴向力与轧制力的关系式为： 其中： F为工作辊的轴向力， P为轧机的轧制力， θ2为工作辊与板带运动方向的垂向的交 叉角度， r为两轧辊的辊颈比， f为工作辊产生摩擦力的摩擦系数； 由工作辊与板带运动方向的垂向产生交叉引起的工作辊的轴向力为： Fa＝F‑Fb········· (6) 其中： Fa为由于工作辊与板带运动方向的垂向产生交叉工作辊的轴向力。 8.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于： 所述轴向动力学模型 的振动为轧辊和板带 的轴向振动， 所述激振力为辊系的轴向 力波动。 9.根据权利要求1所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于： 所述状态空间模型的损失函数为各数据 节点预测加速度与实际加速度之差的平 方 和、 各数据节点预测速度与实际速度之差的平方和、 各数据节点预测位移与实际位移之差 的平方和中的一种， 实际加速度或者速度或者 位移为处 理后振动数据。 10.根据权利要求9所述的基于热轧轧机辊系交叉的动力学建模与角度辨识方法， 其特 征在于， 辊系的所述状态空间模型损失函数的公式为： Qm＝Q上支 撑 辊+Q上工作 辊+Q下工作 辊+Q下支 撑 辊········· (7) 其中： Qm为辊系的状态空间模型的损失函数， Q上支撑辊为上支撑辊的状态空间模型的损失 函数， Q上工作辊为上工作辊的状态空间模型的损失函数， Q下工作辊为下工作辊的状态空间模型的 损失函数， Q下支 撑 辊为下支撑辊的状态空间模型的损失函数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115470617 A 3