基于板形板厚协调规律的板带轧制过程互联控制方法技术

本发明专利技术涉及板带轧制过程中板形厚最优控制领域，该方法利用板形、板厚和张力之间强互相影响，推出模型预测自适应最优板形板厚控制方法，特点是中间机架（道次）的厚度设定值允许在一定范围内变化，由板形测控模型线性化得出的以板厚为决策量的板形二维差分方程，构造二次型目标函数，贝尔曼动态规划法解出板厚最优决策，即第二类动态负荷分配。该方法实现了热连轧机和可逆轧机的板形板厚互联控制，冷连轧机的板形板厚张力互联控制。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及钢、有色金属等板带冷、热连续轧制和可逆轧制的板形(指平直度、板凸度)板厚最优控制问题，例如热连轧机的头部校正设定值误差，命中目标厚度值；全长轧制过程中的温度、速度以及轧辊热凸度等变化的条件下，实现目标板形板厚的最优控制。首先说明为达到上述目的，现有的热连轧过程是如何控制的。轧件在进入连轧机前要进行二次设定；钢坯出炉已知钢种、成品规格、入口厚度、温度等数据而进行第一次负荷分配，并输出各机架辊缝、速度、活套角、张力等设定值；当粗轧机轧完已知确实的厚度、宽度和入精轧机预测温度进行第二次轧制参数的设定并摆好辊缝和转数。轧件咬入精轧机第一机架后，根据实测压力值修正以后各机架辊缝设定值，咬入第二、第三机架后重复上述计算，再咬入其它机架受时间限制就不校正了。以上过程称头部拯就，即达到头部命中目标厚度值。在轧制过程中，一卷钢一般轧制90S左右，粗轧坯头尾温差在100℃左右，为控制终轧温度采用了加速轧制。轧制速度快则温降小而塑性变形热大，所以加速度设定的合适可以实现恒终轧温度控制。但是，预设定控制总是有误差的，所以根据出精轧后的测温仪的实测温度反馈控制。由于测温的迟后，闭环控制精度受到限制，与目标温度有差。由于各种扰动，厚度是依靠各机架独立的AGC保持恒定的。在AGC动作时压力值变化直接影响板形，所以采用改变弯辊力来控制板形，即板厚板形解偶控制。厚度变化引起金属秒流量变化，依靠活套系统吸收机架间长度变化而保持张力恒定，由活套角变化反映秒流量差的大小通过调节轧辊转数而保持活套角恒定。总之，现代热连轧机为控制温度、板厚度、板形以及张力等工艺参数值，采用了各种独立的控制系统，由于通过机架间活套控制系统，使各机架独立，所以各机架间厚度板形控制系统之间是独立的。本专利技术的目的在于提供一种板带轧制过程中的动态负荷分配方法，该方法利用板形板厚可协调规律，能使每卷(或每块)板带的板凸度、平直度和厚度最佳地命中目标值。本专利技术的控制思想与现行的方法有原则性差异，不是将各机架孤立，而是从连轧相互连系的总体上考虑控制系统的设计。充分利用连轧过程两条基本规律第一，张力与秒流量差成正比，连轧张力公式描述的张力自动调节规律，证明了连轧张力系统是可测的、可控的渐近稳定的动力学系统；第二，板形板厚可协调规律，由新板形理论提示出这一规律。热连轧过程的目标是，控制成品厚度、平直度、板凸度和温度达到一定值，而各机架的厚度、平直度和板凸度允许在一定范围内变化，当入口温度变化、加速轧制和轧辊热凸度变化时，通过厚度动态设定命中目标板厚板形值。张力是由综合的“恒张力---活套”或“恒张---微张力”保持恒定。温度控制由成品机架的速度(或加速度)值设定而实现之，与目前的方式不同点在于建立了各机架温度预报模型，从而能克服迟后提高终轧温度的控制精度。关于张力控制、温度预报模型、咬钢前辊缝设定方法等已有专门专利技术专利技术，下面主要阐述板形板厚可协调控制方法的实现。新型板形测控数学模型Chi=qiqi+mhihi-1Chi-1-qiqi+mhiΔϵi-1+mqi+mCi----(1)]]>Δϵi=ξi(Chihi-Chi-1hi-1+Δϵi-1)----(2)]]>Ci=Pibm+∂C∂FΔFi+(bL)2(CRi+Cti)----(3)]]>式中m---轧机板形刚度N/mm2q---轧件板形刚度N/mm2C---机械板凸度 mmCh--轧件板凸度 mmh---轧件平均厚度mmΔε---平直度(板中间与边部延伸率差)b---轧件宽度mmL---辊面宽度mmCR---轧辊原始凸度(或PC交角、CVC横移当量轧辊凸度 mmCt---时变轧辊凸度(磨损和热膨胀)mmP---轧制压力 NF---弯辊力 Nξ---板形干扰系数i---机架(或道次)序号(1)、(2)、(3)线性化整理得D(i)X(i)＝A(i)X(i-1)+B(i)U(i)………………………(I)i＝2.3………N-1XT＝；UT＝；D=10-ξihi1;A=qiqi+mhihi-1-qiqi+mhi-ξihi1;]]>B=qiqi+m(Chi-1hi-1-Δϵi-1)-Qib(m+qi)-qiqi+mhihi-12Chi+hiQib(m+qi)-ξiChihi2-ξiChi-1hi-12]]>B矩阵中的Qi为i机架轧件塑性系数，Qi＝Pi/(hi-1-hi)，构造二次型目标函数；J=12XNTFXN+12Σi=2N-1(XiTEXi+UiTRUi)----(II)]]>(I)、(II)两式为最优化求解的基本数学模型，式中X为二维状态向量；U为决策量，由于Δhi-1是已知的，所以它为一个数；D、A、B均为二维矩阵，对各机架为可计算的定常矩阵；E、F为二维半正定对称矩阵；R为1。(I)式称以板厚为控制量(决策量)的二维板形差分方程，反映两机架间的递推关系和板厚板形可协调规律。只有上游机架的板形板厚对下游机架有影响，即遗传性，具备无后效性，可以用贝尔曼动态规划方法求解二次型目标函数(II)式极小值得出量佳动态负荷分配。这种利用板形板厚可协调规律的板形板厚最优控制综合，是对目前发展的先进的板带连轧机控制方法的一次否定。该方法称之谓“互联”控制策略，现行方法为“分割”控制策略。下面说明这种新控制策略的可行性，动态负荷分配的实施方法和不同情况下的使用方法等。可行性。有色金属(铅、金、铜等)用轧制方式生产已有几百年历史了，轧制钢板已有百年以上，1891年在美国已建立了2800mm四辊板轧机。冷、热连轧轧机是1926年建成投产的，这些板带轧机都设有厚度、板形自动控制系统。厚度自动控制是1950年英国钢铁协会(BISRA)专利技术了弹跳方程，即虎克定律在轧钢机上应用，实现了轧钢机是测厚仪功能和闭环厚度自动控制。它的应用使板形问题突出了，近四十年板带轧制技术的进步一直在板形理论研究和控制装置方面。由于板形理论一直未像厚控制理论一样取得突破性进展，所以主要采取了增大轧机刚度的方法和专利技术板形控制轧机或轧辊(PC、HC、CVC、DSR等)，这种发展方式未能利用板形板厚可协调规律。60年代以前的板带生产和现在无板形控制装置的轧机，操作工利用经验对各种规格钢板采用不同的摆辊缝方法，能轧出合格的钢板。这主要是操作工不自觉地利用了板形板厚可协调规律。由实验得出的板形遗传数学模型为出发点，经严格数学推导得出的新型板形测控数学模型和全解析板形刚度理论(简称新板形理论)确定m、qi刚度方法，在已有计算机控制的板带轧机上，利用板形板厚可协调规律的控制方法一定可以实现，可行性是肯定的。实施方法。热连轧穿带前，按出粗轧机后实测厚度、宽度、温度以及精轧机轧辊实际凸度等由协调推理网络计算出的各机架辊缝和速度值进行精确设定。第一机架咬钢后可以实测到压力值，并假设Ch0＝Δε0＝0或本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于板形板厚协调规律的板带轧制过程互联控制方法，能使每卷（或每块）板带的板凸度、平直度和厚度最佳地命中目标值，特征是应用反映板形板厚可协调规律的板形测控数学模型，线性化推出以板厚为决策量的二维板形差分方程，构造二次型目标函数，贝尔曼动态规划方法解出最佳厚度动态分配量，其数学表达式如下：Ｄ↓［（ｉ）］Ｘ↓［（ｉ）］＝Ａ↓［（ｉ）］Ｘ↓［（ｉ－１）］＋Ｂ↓［（ｉ）］Ｕ↓［（ｉ）］………（Ⅰ）ｉ＝２．３……Ｎ－１Ｘ↑［Ｔ］＝［ΔＣ↓［ｈ］，Δ↑［２］ε］；Ｕ↑［Ｔ］ ＝［Δｈ↓［（ｉ）］，Δｈ↓［（ｉ－１）］］；＊＊＊式中：Ｃ↓［ｈ］－－－板凸度Δε－－－平直度，宽向延伸率差ｈ－－－平均板厚度Ｑ－－－轧体塑性系数ｍ－－－轧机板形刚度ｑ－－－轧体板形刚度ｂ－－－板宽度ξ －－－板形干扰系数ｉ－－－机架（或道次）序号构造二次型目标函数；Ｊ＝１／２Ｘ↓［Ｎ］↑［Ｔ］ＦＸ↓［Ｎ］＋１／２＊（Ｘ↓［ｉ］↑［Ｔ］ＥＸ↓［ｉ］＋Ｕ↓［ｉ］↑［Ｔ］ＲＵ↓［ｉ］）………（Ⅱ）（Ⅰ）、（Ⅱ）两式为最优化求解的 基本数学模型，式中Ｘ为二维状态向量；Ｕ为决策量，由于Δｈ↓［ｉ－１］是已知的，所以它为一个数；Ｄ、Ａ、Ｂ均为二维矩阵，对各机架为可计算的定常矩阵；Ｅ、Ｆ为二维半正定对称矩阵；Ｒ为１。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：张进之，
申请(专利权)人：冶金工业部钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]