[發明專利]四輥冷連軋機組基于機理模型的虛擬凸度儀設定方法

有效

• 申請號: 201210150863.8
• 申請日: 2012-05-16
• 公開（公告）號: CN102688896A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發明（設計）人: 白振華;石曉東;馬續創;李經州;馮彬;武利好
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B21B37/16
• 分類號: B21B37/16
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 李合印

1.一種四輥冷連軋機組基于機理模型的虛擬凸度儀設定方法，其特征是：所述設定方法包括以下由計算機執行的步驟：

（a）收集冷連軋機組各架軋機的基本設備參數，包括工作輥的輥身長度L_wk、支撐輥的輥身長度L_bk、工作輥彎輥缸距離l_wk、支撐輥壓下螺絲中心距l_bk、工作輥的輥徑D_wk、支撐輥的輥徑D_bk、工作輥的輥型D_wki、支撐輥的輥型D_bki、工作輥最大正彎輥力工作輥最大負彎輥力最大正傾輥量最大負傾輥量下標k代表機架號，k=1,2,…,s，s為總機架數；

（b）出口斷面形狀顯示功能的實現，包括以下由計算機執行的步驟：

b1）收集當前冷連軋機組數據采集系統的采樣周期τ_s；

b2）給出虛擬凸度儀斷面形狀動態顯示的周期τ_x，該周期與安裝虛擬凸度儀的計算機的主頻、容量相關，并且必須保證τ_x是τ_s的整數倍以及在該周期內可以完成兩次板厚分布計算；

b3）給出對來料分段取樣的區間間隔參數L₀；

b4）定義長度區間參數j，來料鋼卷長度參數L_j；

b5）定義軋制狀態參數ξ，其中ξ＝1表示開始軋制、ξ＝-1表示停止軋制，該指令由現場操作人員根據現場實際情況發送；

b6）給定初始鋼卷號COILNO1＝0，準備凸度動態顯示；

b7）從冷連軋機組的三級系統中收集來料鋼卷基本信息，包括卷號COILNO、鋼種代碼SG、帶材寬度B、來料厚度h₀、末架軋機出口厚度h_s；

b8）判斷不等式|COILNO1-COILNO|>0是否成立？如果成立，則令j＝0、L_j＝0，并讀取來料鋼卷號為COILNO的斷面特性數據，轉入步驟b9）；如果不等式|COILNO1-COILNO|>0不成立，直接轉入步驟b9）；

b9）收集當前時刻第一機架入口所軋帶鋼長度L^*；

b10）判斷不等式L^*≥L_j是否成立，若成立，則轉如步驟b11；否則，轉入步驟b12；

b11）提取并計算來料卷在[L_j，L_j+1]長度區間內的平均凸度曲線函數f_j=(X)。其中L_j+1＝L_j+L₀；X表示在帶鋼寬度方向建立一維坐標系，寬度方向的中心為坐標原點時，帶鋼寬度方向各點在坐標系中的對應數值；

b12）通過冷連軋機組數據采集系統收集當前各機架的軋制工藝參數實際值ψ_ky，其中，y表示實測動態數據的類別，y=1表示軋制壓力、y=2表示前張力、y=3表示后張力、y=4表示壓下率、y=5表示竄輥量、y=6表示彎輥力、y=7表示傾輥量；

b13）利用出口板厚分布機理模型計算出實際軋制工藝參數為ψ_ky及來料區間內平均凸度曲線函數為f_j＝(X)時，寬度為B、鋼種代碼為SG的帶材的出口斷面厚度分布值h_i，i為帶材在橫向的條元號，i＝1,2,…,n，n為帶材總的條元數；

b14）利用計算所得出口斷面厚度分布值h_i擬合當前斷面凸度曲線函數f_c(X),X表示在帶鋼寬度方向建立一維坐標系，寬度方向的中心為坐標原點時，帶鋼寬度方向各點在坐標系中的對應數值；

b15）計算當前斷面凸度值CROWN和楔形量值WEDGE，凸度值計算模型為CROWN=fc(0)-fc(B/2-40)+fc(-B/2+40)2,]]>楔形量計算模型為其中f_c(0)表示帶鋼中心厚度，f_c(B/2-40)表示距帶鋼一端40mm處厚度，f_c(-B/2+40)表示距帶鋼另一端40mm處厚度；

b16）利用可視化軟件的動態顯示功能，將當前斷面凸度曲線函數f_c(X)動態顯示出來，同時顯示凸度值CROWN、楔形量值WEDGE，及對應鋼卷信息；

b17)判斷不等式ξ＜0是否成立？如果不等式成立，則結束斷面特性顯示，虛擬板形儀停止工作；如果不等式不成立，則COILNO1＝COILNO，轉入步驟b7），直到不等式ξ＜0成立為止；

（c）斷面特性閉環反饋控制功能的實現，包括以下可由計算機執行的步驟：

c1）收集2#軋機出口的目標比例凸度曲線系數a_ε，其中，ε=0,1,2,3,4；

c2）分別確定斷面特性反饋過程中1#和2#機架中彎輥力的單步最小調整系數φ₁、φ₂；

c3）分別確定斷面特性反饋過程中1#和2#機架中傾輥量的單步最小調整系數

c4）確定斷面特性反饋的周期τ_f,該周期與安裝虛擬凸度儀的計算機的主頻、容量相關，并且必須保證τ_f是τ_s的整數倍以及在該周期內可以完成次的板厚分布計算；

c5）定義軋制時刻過程參數t₀、虛擬凸度儀斷面特性反饋次數過程參數M；

c6）接收操作指令，判斷是否開始軋制？ξ=1表示開始軋制、ξ=-1表示停止軋制。如果已經開始軋制，記錄下當前的標準北京時間t，并令t₀＝t，轉入步驟c7）；如果沒有開始軋制，則進入等待狀態；

c7）給定初始鋼卷號COILNO1＝0；

c8）從冷連軋機組的三級系統中收集來料鋼卷基本信息，包括卷號COILNO、鋼種代碼SG、帶材寬度B、來料厚度h₀、末架軋機出口厚度h_s；

c9）判斷不等式|COILNO1-COILNO|>0是否成立？如果成立，則令j=0、L_j＝0，并讀取來料鋼卷號為COILNO的斷面特性數據，轉入步驟c10；如果不等式|COILNO1-COILNO|>0不成立，直接轉入步驟c10；

c10）收集當前時刻第一機架入口所軋帶鋼長度L^*；

c11）判斷不等式L^*≥L_j是否成立？若成立，則轉如步驟c12；否則，轉入步驟c13；

c12）提取并計算來料卷在[L_j，L_j+1]長度區間內的平均凸度曲線函數f_Mj(X)。其中L_j+1＝L_j+L₀；X表示在帶鋼寬度方向建立一維坐標系，寬度方向的中心為坐標原點時，帶鋼寬度方向各點在坐標系中的對應數值；

c13）通過軋機數據采集系統收集1#、2#軋機從t₀到t₀+τ_f時刻的實際軋制工藝參數ψ_k′yMr；下標k′代表前兩架軋機的機架號，k′=1,2；下標r表示t₀到t₀+τ_f時刻內所收集的各類實際軋制工藝參數按照時間先后順序的編號，r=1,2,…,m，m表示在t₀到t₀+τ_f時刻內所收集的特定類型的軋制工藝參數的個數，

c14）引入參數剔除過程變量數組{α_k′r}，并將{α_k′r}用下式來表示：

{αk′r}={Σy=14(|ψk′yMr-1mΣr=1mψk′yMr|1mΣr=1mψk′yMr)+|h0Mr-1mΣr=1mh0Mr|1mΣr=1mh0Mry=1,2,3,4},]]>α_k′r表示第k′架軋機在t₀+rτ_s時刻的剔除變量，下標k′代表前兩架軋機的機架號，k′=1,2；

c15）將{α_k′r}根據數值的大小按照從大到小即降序排序，并定義排序工作數組{n_l?l=1,2,…,m}使該數組滿足不等式其中n_l代表{α_k′r}按照數值降序排序后的第l個剔除變量所對應的按照時間順序排序的編號，l代表{α_k′r}按照數值降序排序后的大小序號；

c16）給定剔除比例系數χ，一般地，χ=0~50%；

c17）在t₀到t₀+τ_f時刻內所采集的實際軋制工藝參數中剔除掉χ比例的數據，然后對剩下的(1-χ)數據進行平均，得到t₀到t₀+τ_f時刻內用于反饋計算的特征軋制工藝參數ψ_k′yM（y=1,2,3,4），及特征來料厚度h_0M，其表達式分別為其中m₁表示t₀到t₀+τ_f時刻內剔除的實際軋制參數的個數，m₁=int(χ·m)，m₂表示t₀到t₀+τ_f時刻內保留未剔除的實際軋制參數的個數，m₂=m-m₁；

c18）根據t₀到t₀+τ_f時刻內特征軋制工藝參數，分別確定當前反饋周期內1#、2#機架中彎輥力的反饋值S_1M、S_2M，傾輥量反饋值η_1M、η_2M，竄輥量的反饋值δ_1M、δ_2M；

c19）將t₀到t₀+τ_f時刻內竄輥量的反饋值δ_k′M、彎輥力的反饋值S_k′M、傾輥量的反饋值η_k′M發送到冷連軋機組的一級系統，分別對當前1#、2#軋機的竄輥量、彎輥力、傾輥量進行重新設定；

c20）判斷不等式ξ＜0是否成立？如果不等式成立，則結束斷面特性反饋，虛擬凸度儀的斷面特性反饋系統停止工作，轉入c6；如果不等式不成立，則令M=M+1，t₀＝t₀+τ_f，轉入步驟c8，直到不等式ξ＜0成立為止。

2.根據權利要求1所述的四輥冷連軋機組基于機理模型的虛擬凸度儀設定方法，其特征是：步驟c18）采用以下由計算機執行的步驟來完成：

c18-1）定義目標函數初始值F₀，并令F₀=10¹⁰；

c18-2）根據目標比例凸度曲線系數a_ε計算出2#軋機出口相應的目標比例凸度分布值基本公式為：式中x_i為計算過程所用條元的相對坐標，i為帶鋼條元號；

c18-3）令δ_k′M=(L_wk′-B-150)/2；

c18-4）令傾輥量η_k′＝0；

c18-5）定義彎輥力過程參數θ，并令θ＝0；

c18-6）令1#機架中彎輥力2#機架中彎輥力S2=-S2max-+θφ2(S2max-+S2max+);]]>

c18-7）利用出口板厚分布機理模型計算出特征軋制工藝參數為ψ_k′yM（y=1,2,3,4）、特征來料厚度為h_0M，且竄輥量為δ_k′M、傾輥量為η_k′、彎輥力為S_k′、來料區間內平均凸度曲線函數為f_Mj(X)時，寬度為B、鋼種代碼為SG的帶材，在第2架軋機的出口斷面厚度分布值h_Mi和帶材前張力橫向分布值σ_1Mi，i為帶材在橫向的條元號，i＝1,2,…,n，n為帶材總的條元數；

c18-8）計算第2架軋機出口帶材的最大殘余應力σ_Mmax，基本計算模型為：σMmax=max{|σ1Mi-Σi=1nσ1Min|};]]>

c18-9）計算當前第2架軋機出口帶材發生板形失穩的臨界殘余應力σ_Mcr，基本計算模型為：其中，k_cr為帶材發生板形失穩的臨界應力系數，E、υ為帶鋼材料的彈性模量和泊松比，B為帶材寬度，h^*為第2架軋機出口處帶材厚度；

c18-10）計算第2架軋機出口帶材的實際比例凸度分布值

c18-11）計算實際比例凸度分布值與目標比例凸度分布值的偏差，其函數表達式為F=Σi=1n(Ci*-CMi)2;]]>

c18-12）判斷不等式組σMmax<σMcrF<F0]]>是否成立？如果不等式成立，則令F₀＝F、S_1M=S₁、S_2M=S₂、θ=θ+1，轉入步驟c18-13；否則，令θ=θ+1，轉入步驟c18-13；

c18-13）判斷不等式組θφ1≤1.0θφ2≤1.0]]>是否成立？如果不等式成立，則轉入步驟c18-6，重復步驟c18-6至c18-13，直到以上不等式組不再成立為止；否則，轉入步驟c18-14；

c18-14)定義傾輥量過程參數λ，并令λ＝0，F₀＝10¹⁰；

c18-15)令1#機架中軋輥傾斜量2#機架中軋輥傾斜量

c18-16)利用出口板厚分布機理模型計算出特征軋制工藝參數為ψ_k′yM(y＝1，2，3，4)、特征來料厚度為h_0M，且竄輥量為δ_k′M、彎輥力為S_k′M、傾輥量η_k′、來料區間內平均凸度曲線函數為f_Mj(X)時，寬度為B、鋼種代碼為SG的帶材，在第二架軋機的出口斷面厚度分布值C_Mi和帶材前張力橫向分布值σ_1Mi；

c18-17)計算第2架軋機出口帶材的最大殘余應力σ_Mmax，基本計算模型為：σMmax=max{σ1Mi-Σi=1nσ1Min};]]>

c18-18)計算當前第2架軋機出口帶材發生板形失穩的臨界殘余應力σ_Mcr，基本計算模型為：σMcr=kcrπ2E12(1+υ)(h*B)2;]]>

c18-19)計算第2架軋機出口帶材的實際比例凸度分布值

c18-20)計算目標斷面特性(即目標板凸度分布)與實際凸度分布的偏差，其函數表達式為

c18-21)判斷不等式σMmax<σMcrF<F0]]>是否成立？如果不等式成立，則令F₀＝F、η_1M＝η₁、η_2M＝η₂、λ＝λ+1，轉入步驟c18-22；否則，令λ＝λ+1，轉入步驟c18-22；

c18-22)判斷不等式組是否成立？如果不等式成立，則轉入步驟c18-15，重復步驟c18-15至c18-22，直到以上不等式組不再成立為止；否則，轉入步驟c19。