專利名稱：金屬板帶軋制自動控制工藝參數(shù)的優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬軋制領(lǐng)域，特別適用于板帶軋制過程中自動控制工藝參數(shù)的優(yōu)化。
背景技術(shù)：
金屬(包括鐵、鋁、銅、鉬、鈦等金屬及合金)板帶軋制過程高精度控制的核心是獲得準確的軋制力設(shè)定值。要想獲得準確的軋制力設(shè)定值，必須首先得到準確的變形抗力和摩擦系數(shù)計算值。金屬板帶軋制是一個多變量、非線性、強耦合的過程，單從理論角度很難計算出準確的軋制工藝參數(shù)，這影響了板帶軋制的控制精度，造成產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。
為此，國內(nèi)外采用檢測儀表實測軋制過程的工藝參數(shù)，通過實測值對模型自適應(yīng)學習的方法來提高模型計算精度。但變形抗力和摩擦系數(shù)是無法在生產(chǎn)過程中進行連續(xù)測量，因此只能通過實測軋制力對其實際值進行間接后計算。由于軋制力是變形抗力和摩擦系數(shù)的函數(shù)，無法通過軋制力實測值同時獲得變形抗力和摩擦系數(shù)兩個后計算值，故過去只能采取固定一個值，計算另一個值的方法，這會降低參數(shù)的計算精度。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種金屬板帶軋制過程自動控制工藝參數(shù)優(yōu)化方法，可以同時、準確地計算出板帶軋制過程的變形抗力和摩擦系數(shù)后計算實際值。并通過實測值對數(shù)學模型進行自適應(yīng)學習來提高軋制控制模型的精度。
本發(fā)明采用由軋制工藝參數(shù)在線自動測量，測試數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸、數(shù)據(jù)計算機處理組成的控制系統(tǒng)，與軋制工藝相結(jié)合對變形抗力和摩擦系數(shù)后計算實際值進行精確測算。本發(fā)明的技術(shù)方案如圖1所示，通過板帶軋機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將生產(chǎn)過程中力傳感器實測的軋制力、激光測速儀實測的軋機出口處板帶的速度、以及傳動電機編碼器實測的軋輥轉(zhuǎn)速傳送到過程計算機實測值數(shù)據(jù)庫中。之后進入到計算機處理程序，如圖2所示，過程計算機數(shù)據(jù)處理程序?qū)崪y數(shù)據(jù)進行處理，去除不合理測量值，并對合理的實測值取平均值。如數(shù)據(jù)可用，進入下一步程序，否則退出程序，重新開始。數(shù)學模型程序系統(tǒng)利用處理后的實測板帶出口速度v和實測軋輥速度vR計算出板帶軋制過程的實際前滑值fs＝(v-vR)/vR。把實際前滑值fs、實測軋制力值F以及其它參數(shù)代入相應(yīng)的前滑理論計算模型式(1)。
fs=(2R′houtcosΦn-1)(1-cosΦn)----(1)]]>Φn=houtR′tan[12tan-1{hin-houthout}-14μR′houtln{hinhout1-toutk·ηkoutn1-tink·ηkinn}]]]>
式中fs-前滑值hin，hout-入口、出口帶鋼厚度tin，tout-入口、出口單位張力ηkin，ηkout-入口、出口變形抗力平均系數(shù)k，-變形抗力μ-摩擦系數(shù)Φn-中性角R′-軋輥壓扁半徑n-模型系數(shù)和軋制力理論計算模型式(2)F=QF(k-ξ)WR′(hin-hout)+231-v2Ekhouthin-hout(k-ξ)WR′(hin-hout)----(2)]]>ξ＝α·tin+β·toutQF=1.08-1.02·r+1.79·r·μ·1-r·R′hout]]>式中F-軋制力Fp，F(xiàn)e-塑性、彈性區(qū)軋制力Fein，F(xiàn)eout-彈性壓縮、恢復(fù)區(qū)軋制力hin，hout-入口、出口厚度W-帶鋼寬度tin，tout-入口、出口單位張力k-變形抗力μ-摩擦系數(shù)R’-軋輥壓扁半徑QF-軋制力外摩擦影響系數(shù)r-壓下率v-泊松比E-楊氏模量α，β-入口、出口張力影響系數(shù)構(gòu)成以變形抗力K后計算值和摩擦系數(shù)μ后計算值為未知量的二元高次非線性方程組式(3)fs(k,μ)=0F(k,μ)=0---(3)]]>通過Newton-Raphson法求解非線性方程組式(3)，得出變形抗力K和摩擦系數(shù)μ的后計算值。上述求解過程是采用迭代法計算的，如果方程組不收斂，計算就退出程序，否則就將計算結(jié)果存儲到后計算值的數(shù)據(jù)庫中。自適應(yīng)學習程序?qū)⒆冃慰沽后計算值帶入變形抗力K的理論模型式(4)。
k=23Ck0k0(23ln100100-ξ·rtm+ϵ0)n----(4)]]>rtm=h0-hmh0×100]]>hm＝(1-γ)·hin+γ·hout式中k-變形抗力h0-初始厚度hm-平均厚度hin，hout-入口、出口厚度k0，ε0，n，ξ，γ-模型參數(shù)Ck0-模型自適應(yīng)學習系數(shù)把摩擦系數(shù)μ的計算值帶入摩擦系數(shù)μ理論模型式(5)μ=C1·e(bL·L+CL·L2+dL·L3+eL·L4)+bv(v-v0)+cv(v-v0)2+dv(v-v0)3+ev(v-v0)4----(5)]]>式中μ-摩擦系數(shù)L-工作輥軋制帶鋼長度v-帶鋼出口速度設(shè)定值bL～eL，bv～fv-模型參數(shù)v0-帶鋼出口速度標準值C1-模型自適應(yīng)學習系數(shù)對理論計算值進行自適應(yīng)補償，優(yōu)化自適應(yīng)學習系數(shù)Ck0、C1提高模型的計算精度。
本發(fā)明可以通過實測軋制力F和實際前滑值fs同時計算出變形抗力K和摩擦系數(shù)μ后計算實際值，解決了僅使用實測軋制力F進行變形抗力K和摩擦系數(shù)μ后計算過程中的耦合問題，可以有效地提高變形抗力K模型和摩擦系數(shù)μ模型的自適應(yīng)學習優(yōu)化效果，將其計算結(jié)果代入軋制力F模型式(2)，軋制力F設(shè)定值與實測值偏差可控制在±5％以內(nèi)。


圖1為金屬板帶軋制實測數(shù)據(jù)采集示意圖，圖2為變形抗力K和摩擦系數(shù)μ后計算過程流程圖，圖3為實施例工業(yè)實驗75卷冷軋帶鋼軋制力F計算值與實測值對比圖。
具體實施例方式
本發(fā)明已在冷軋帶鋼1220mm冷軋機上實驗成功。厚度規(guī)格1.5～3.5mm；成品厚度0.2～0.8mm；寬度550～1020mm；鋼種SPHC、MRT、Stw22；工作輥直徑550mm；支撐輥直徑1194mm；主電機為交直交矢量變頻，功率3800kW，數(shù)字轉(zhuǎn)數(shù)測量編碼器最大測量范圍1100r/min。壓頭(軋制力傳感器)采用壓磁式，最大測量范圍10MN。激光測速儀測速范圍0.6～2520mpm，測量精度±0.025％。過程優(yōu)化計算機采用P4-1.8GHz微型機，程序由VisualC++編寫。
以帶鋼軋制鋼種SPHC，入口厚度2.3mm，出口厚度1.67mm，板帶寬1020mm為例。通過電機編碼器測得電機轉(zhuǎn)速為vR＝769m/min，激光測速儀測得板帶出口速度v＝787m/min，由模型程序計算出實際前滑值fs＝2.34％。由壓頭測得并由實測處理程序得軋制力實測值F＝8637.4KN。將實際前滑值fs和實測軋制力F值分別代入其理論模型中，構(gòu)成以變形抗力K和摩擦系數(shù)μ為未知量的非線性方程組式(3)，通過Newton-Raphson法求解該非線性方程組得變形抗力K后計算值為538.6Mpa，摩擦系數(shù)μ后計算值為0.107。將上述后計算值對變形抗力K模型和摩擦系數(shù)μ模型式(4)、式(5)進行自適應(yīng)學習優(yōu)化后，將變形抗力K和摩擦系數(shù)μ模型計算值代入軋制力F模型式(2)得到理論計算值8541.2KN，下一卷同規(guī)格帶鋼的實測軋制力8805.7KN，兩者偏差為-3.0％。
權(quán)利要求
1.一種金屬板帶軋制自動控制的工藝參數(shù)的優(yōu)化方法，其特征在于包含以下四個步驟金屬(包括鐵、鋁、銅、鉬、鈦等金屬及合金)板帶軋制整個過程的主要工藝參數(shù)自動在線實測；對測得的數(shù)據(jù)進行處理得到金屬板帶軋制的實際前滑值；由變形抗力K和摩擦系數(shù)μ為二個未知量建立了軋制力F(k，μ)和前滑值fs(k，μ)組成的二元高次非線性方程組 求解該方程組同時得到變形抗力K和摩擦系數(shù)μ的后計算值；將變形抗力K和摩擦系數(shù)μ的后計算值代入變形抗力K和摩擦系數(shù)μ理論模型，對理論計算值進行自適應(yīng)補償，優(yōu)化自適應(yīng)學習系數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板帶軋制自動控制的工藝參數(shù)的優(yōu)化方法，其特征在于通過電機編碼器自動在線實測軋輥轉(zhuǎn)數(shù)VR和金屬板帶出口速度V，而且計算得到金屬板帶實際軋制前滑值fs；由壓力傳感器自動在線實測軋制力F。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬板帶軋制自動控制的工藝參數(shù)優(yōu)化方法其特征在于，實測數(shù)據(jù)處理和高精度軋制力求解整個過程是由計算機程序來完成的，它包括以下步驟實測數(shù)據(jù)讀入，實測數(shù)據(jù)處理，去除不合理測量值，并對合理實測值取平均值作數(shù)據(jù)可用否的判斷；計算前滑值fs，把取出的實測軋制力F代入理論模型，實測前滑值fs代入理論模型，求解由變形抗力K和摩擦系數(shù)μ二未知量的二元高次方程組，進行迭代計算，如收斂得出變形抗力K和摩擦系數(shù)μ的后計算值，如不收斂退出程序；將變形抗力K和摩擦系數(shù)μ后計算值代入變形抗力K和摩擦系數(shù)μ的理論模型進行自適應(yīng)學習系數(shù)優(yōu)化，把優(yōu)化了的變形抗力K和摩擦系數(shù)μ數(shù)值代入軋制力F理論模型得到優(yōu)化的軋制力設(shè)定值。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬板帶軋制領(lǐng)域，適用于金屬(包括鐵、鋁、銅、鉬、鈦等金屬及合金)板帶軋制過程自動控制的工藝參數(shù)優(yōu)化，采用軋制工藝參數(shù)在線自動測量、將采集到的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)通信傳輸、計算機數(shù)據(jù)處理組成的自動控制系統(tǒng)與板帶軋制工藝技術(shù)相結(jié)合的方式對金屬板帶軋制過程中的變形抗力F和摩擦系數(shù)μ的后計算值進行精確計算，將實測的軋制力F和前滑值fs代入以變形抗力K和摩擦系數(shù)μ為未知量的二元高次非線性方程組，同時求解兩個未知量的后計算值，利用該后計算值對變形抗力K和摩擦系數(shù)μ計算模型進行自適應(yīng)學習優(yōu)化，進而提高金屬板帶軋制力F模型的設(shè)定精度，可使設(shè)定值和實測值的偏差控制在±5％以內(nèi)。
文檔編號B21B37/58GK1589986SQ0313418
公開日2005年3月9日 申請日期2003年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月29日
發(fā)明者王軍生, 王國棟, 劉相華, 白金蘭, 宋蕾 申請人:東北大學