双机架紧凑式炉卷轧机模型自适应优化控制

论文摘要

双机架紧凑式炉卷轧机既具有炉卷轧机轧制工艺的特点,轧机与卷取炉卷筒及轧机之间可实现微张力控制,有利于薄规格产品的轧制；又具有连轧轧机工艺的特点,可使一块较厚的板坯经过加热、粗轧、精轧、冷却、卷取等多道紧密相连工序的连续加工,轧制成合格带钢；同时,它的粗轧、精轧在同一轧机上进行,其轧机轧制要实现粗轧和精轧的不同控制,以满足产品的质量要求；并且,采用往复式的轧制布局,较好地实现了短流程和节能的控制方式。双机架紧凑式炉卷轧机可实现多品种、多规格的产品轧制,且投资较少。然而,由于双机架紧凑式炉卷轧机的这些特殊结构,使得轧机在轧制过程中,轧制压力变化较大,将直接影响带钢厚度和板型的质量,如何解决其适合该轧机的控制模型、采用怎样的控制系统结构以及系统的优化控制,已成为影响该轧机工程应用的关键问题。因此,研究解决双机架紧凑式炉卷轧机轧制过程的优化控制,具有明显的现实意义和经济价值。本文采用系统工程的方法分析整个轧制生产过程,建立在线模型、模型自适应学习控制方法,以及自适应学习优化方法,较好地解决了轧机控制模型、粗轧和精轧控制的模型的自适应,取得了较好的控制效果和良好的性能。主要对以下几个方面的内容进行研究：首先以经典轧制理论为基础,对轧制控制的基本方法—厚度控制数学模型进行详细的分析和讨论,并以此为基础,分析轧制过程控制的主要模型：轧制力学模型、流体应力模型、轧制扭矩模型和温度变化模型对厚度控制的影响因素。将模型自学习、自适应理论引入到轧机轧制模型和模型的建模过程中,提出基于最小二乘回归分析的双机架紧凑式炉卷轧机控制模型的在线模型建立以及基于指数平滑法的自学习优化控制方法。其次,针对双机架紧凑式炉卷轧机复杂工艺的特点,轧机控制系统的控制结构采用分布式分级递阶控制,控制算法把模型计算与自学习、自适应结合起来,是典型的自适应控制系统,自学习是自适应实现的前提,自适应是自学习的目的,提出基于模型分级、分类信息库的模型自适应轧机轧制策略的优化新方法,在自学习的具体实现方式上,采用短期自学习与长期自学习相结合的方法,控制系统可以自动地优化系统的控制参数。最后,对控制系统优化实施的操作模式进行了讨论,并在分析了现行系统的在线模拟轧制仿真的基础上,建立与生产实际相关的离线模拟轧制仿真系统,并进行了相关实验验证。通过该模拟轧制系统,可以实现对Level2数学模型、控制系统结构以及轧制过程的状态进行较深入研究,掌握优化控制过程和开发新钢种的具体方法,利用离线模拟轧钢,较好地解决了双机架紧凑式炉卷轧机新钢种对轧制模型中初始参数的优化。实际应用表明,采用该研究的方法进行优化控制有较好的控制效果,增强了双机架紧凑式炉卷轧机控制系统、控制模型的实时性、适应性和一致性,提高了系统的控制水平,节约了新钢种轧制的开发时间和开发成本。对钢铁企业生产过程控制系统的优化,有较好的现实意义和推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 轧制理论与轧制控制技术发展概述
• 1.2.1 轧制理论发展概述
• 1.2.2 当代轧钢技术的发展和现代轧制技术的特点
• 1.2.3 轧制控制技术的发展状况
• 1.3 国内外相关领域研究综述
• 1.3.1 国外研究综述
• 1.3.2 国内研究综述
• 1.4 本文主要研究内容和创新
• 1.4.1 本文研究内容及其结构安排
• 1.4.2 本文的创新
• 第2章 双机架紧凑式炉卷轧机控制对象分析
• 2.1 炉卷轧机的发展与应用
• 2.1.1 炉卷轧机发展概要
• 2.1.2 现代炉卷轧机的发展与应用
• 2.2 现代炉卷轧机采用的新技术
• 2.2.1 工艺技术装备水平
• 2.2.2 轧制控制技术的应用
• 2.3 双机架紧凑式炉卷轧机控制对象分析
• 2.3.1 生产工艺特点分析
• 2.3.2 轧制控制技术分析
• 2.3.3 特有技术和控制关键问题
• 2.4 本章小结
• 第3章 双机架炉卷轧机轧制控制模型建模研究
• 3.1 弹跳方程与P—H图
• 3.1.1 轧制中影响轧件厚度的因素
• 3.1.2 弹跳方程及P—H图
• 3.1.3 影响轧件厚度变化的主要因素
• 3.2 轧机控制模型研究
• 3.2.1 轧机轧制过程数学模型的应用和发展
• 3.2.2 轧制压力模型
• 3.2.3 流动应力（变形抗力）模型
• 3.2.4 轧制扭矩（轧制力矩）模型
• 3.2.5 温度变化模型
• 3.3 在线模型的建立方法与学习控制研究
• 3.3.1 在线模型的建立方法
• 3.3.2 学习控制与自学习
• 3.3.3 在线智能轧制模型的建立
• 3.4 应用效果
• 3.5 本章小结
• 第4章 双机架炉卷轧机模型自适应优化控制
• 4.1 过程优化理论与方法
• 4.1.1 过程优化的基础概念
• 4.1.2 生产过程优化模型的建立方法
• 4.1.3 过程优化的几个阶段和步骤
• 4.2 双机架紧凑式炉卷轧机控制系统结构优化研究
• 4.2.1 双机架紧凑式炉卷轧机分布式分级递阶控制结构
• 4.2.2 双机架炉卷轧机的分级递阶控制系统
• 4.3 模型自适应学习优化控制
• 4.3.1 模型自适应学习控制优化方法
• 4.3.2 模型分级、分类信息库
• 4.3.3 自适应控制的拓展
• 4.3.4 模型自适应优化机制
• 4.4 轧制策略优化
• 4.4.1 轧制策略优化参数
• 4.4.2 轧制策略产生的优化
• 4.5 实施效果
• 4.6 本章小结
• 第5章 双机架炉卷轧机控制系统优化实施与模拟轧制
• 5.1 控制系统优化实施（轧机设置生成器MSG）
• 5.1.1 MSG最优轧机设置
• 5.1.2 设置计算程序
• 5.2 模拟轧钢仿真
• 5.2.1 仿真应用的背景
• 5.2.2 模拟轧钢的目的和意义
• 5.2.3 在线模拟轧钢
• 2离线模拟轧钢仿真系统'>5.3 建立Level₂离线模拟轧钢仿真系统
• 2离线模拟轧制系统的设计'>5.3.1 Level₂离线模拟轧制系统的设计
• 5.3.2 离线模拟轧制系统软件设计
• 5.4 离线模拟轧制仿真实验
• 5.4.1 轧制模型的仿真实验及结果分析
• 5.4.2 监控时的动态仿真
• 5.5 开发新钢种的离线模拟轧制仿真方法
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 作者在攻读博士学位期间发表的论文
• 附录B 作者攻读博士学位期间主持或主要参与科研及获奖情况
• 附录C 部分核心代码及说明
• 附录D 实际生产轧制数据
• 附录E 实验数据