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板形控制论文范文（精选7篇）

板形控制论文第1篇

板形控制的实质是对带宽范围内轧辊辊缝形状的控制。传统的PID控制是基于数学模型的控制,己不能满足板形控制要求。因此,有必要建立更精确的智能控制系统模型。

确定所有对板形有影响的因素及其作用的大小,包括干扰量和控制量,建立板形生成过程的定量模型,并且研究板形检测及计算机控制所需要的信号处理方法、控制规律和控制算法,最终建立一套能够根据实测板形信号及相关轧制工艺参数分析得出合理调控方案及正确设定值的板形自动控制系统算法。

1 板形控制系统结构

莱钢1500mm热连轧生产线的精轧机组为四辊六机架连轧机组,每个机架都具有正弯辊和窜辊功能。热轧带钢板形控制的区域主要在精轧,弯辊控制是该系统中最有效的动态板形调控手段。提高板带轧机板形质量的一个重要途径是采用新的板形控制技术。板形自动闭环控制分为在过程控制级的窜辊设定和弯辊力设定,统称为板形设定控制。在基础自动化级的弯辊力前馈控制和弯辊力反馈控制功能,将测量数据送到精轧TDC控制系统中去,与二级系统的设定数据进行比较,在轧线二级系统中建立板形控制模型,对板形控制所用的各机架压下量设定值及弯辊、窜辊等的设定数据进行计算。板形闭环控制系统结构如图1所示。

2 控制系统应用

2.1 凸度反馈闭环控制

凸度仪检测带钢实际凸度值,与目标凸度值进行比较,得出凸度反馈控制偏差。依次调整精轧机组上游机架的弯辊力,以消除凸度偏差。当凸度实测值大于凸度目标值时,增加上游机架的弯辊力;反之,降低上游机架的弯辊力。根据上游机架控制带钢凸度、下游机架控制平坦度的方法,在精轧机组的F2~F6都实行凸度反馈控制,其中F2~F4的凸度反馈控制主要是将带钢凸度调节到目标比例凸度;而F5和F6凸度反馈控制主要是在等比例凸度相等的原则下,使带钢在凸度反馈控制时保证平坦度不受影响。凸度反馈闭环控制采用典型的PI控制,控制模型为:

式中,ΔFBi(k)为第k控制周期第i机架的凸度反馈调整的弯辊力;ka2i为凸度反馈控制模型调整系数;Kpi为第i机架的凸度反馈比例系数;ei(k)为带钢凸度偏差;ki2为第i机架的凸度反馈积分系数;Kc为弯辊力对凸度的影响系数。

2.2 平坦度反馈闭环控制

平坦度仪检测带钢实际平坦度值,与目标平坦度值进行比较,得出平坦度反馈控制偏差。依次调整精轧机组末两机架的弯辊力,以消除平坦度偏差。控制中主要是对F6进行反馈控制,当F6的调控能力达到设备极限还不能消除平坦度缺陷时,F5也投入平坦度的反馈控制。当轧制过程中有空过机架时,参与轧制的最后两个机架实行平坦度反馈控制。

平坦度闭环控制系统结构如图2所示,当平坦度目标值为零时,表示精轧出口带钢完全平坦;平坦度目标值为正时,表示中浪轧制;平坦度目标值为负时,表示边浪轧制。当平坦度实测值大于平坦度目标值时,表示中间浪大,应降低下游机架的弯辊力;反之,则存在边浪,应增加相应机架的弯辊力。平坦度反馈闭环控制采用的是基于数字PID控制器的算法,实践证明该算法可快速消除平坦度偏差。

3 典型故障处理

凸度仪的故障较难排除,最为典型的故障是测量数据不准确,直接影响板形质量。解决办法是对凸度仪进行可复见性检测和预吸收标定。在凸度仪控制模式中选择集中控制方式,并把凸度仪C型架移至停车,清理凸度仪检测下表面,保证检测通道正常。打开Reproducibility Measuring画面,如图3所示。

只需在Reproducibility Measuring操作界面中点击右下的Start按键,系统会自动启动对58个通道的状态检测。在这个过程中,现场快门会自动打开,系统首先做一次CS标定,标定通过后系统会使用2块标准标定板检测各通道的偏差值。完成后界面会显示完成。在Reproducibility Curves中会显示校验结果,如图4所示。

若检测后显示有较多通道存在较大偏差的,则需要对凸度仪进行预吸收器标准化操作。之后再进入Preabsorber Standardisation界面,选择右下角的Star按键开始对检测器的校验和纠正,如图5所示。

结束后画面会显示校准完成。在完成校准后可以再做一次Reproducibility Measuring,观察各通道情况,如果仍有偏差,可重复做一次Preabsorber Standardisation直至所有通道在合理的偏差范围内为止。

4 结语

板形智能控制系统投入运行以来带钢全长板形质量精度提高,控制系统稳定性高,控制效果好。

参考文献

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[3]何安瑞,邵健,凌智,等.1580mm热带钢轧机板形控制系统[J].钢铁,2011,(03)

[4]宦晓峰,王娅.RM312凸度仪在梅山热轧厂的应用[J].冶金自动化,2005,(01)

[5]何安瑞,杨荃,黄浩东,等.热连轧机平坦度反馈控制系统的应用[J].钢铁,2006,(02)

[6]陈汉文.板形控制原理在宽板轧制中的应用[J].有色金属加工,2011,(04)

[7]张静,秦久莲.热轧带钢中板形的计算和控制[J].控制工程,2008,(S2)

带钢轧机与板形控制技术研究第2篇

HC轧机的主要特点是: (1) 通过轧辊的轴向移动, 消除了板宽以外辊身间的有害接触部分, 提高了辊缝刚度; (2) 由于工作辊一端是悬臂的, 在弯辊力作用下, 工作辊边部变形明显增加。如果对弯控制板形能力的要求不变时, 则在HC轧机上可选用较小的弯辊力, 这就提高了工作辊轴承的使用寿命并降低了轧机的作用载荷; (3) 由于可通过弯辊力和轧辊轴向移动量两种手段进行调整, 使轧机具有良好的板形控制能力; (4) 能采用较小的工作辊直径, 实现大压下轧制; (5) 工作辊和支承辊都可采用圆柱形辊子, 减小了磨辊工序, 节约了能耗。这种轧机典型应用如宝钢1550冷轧酸洗连轧机组。

轧辊凸度边续可变轧机-CVC (Continuously Variable Crown) 轧机 CVC轧机的基本特征是: (1) 轧辊 (工作辊) 的原始辊型为S形曲线呈瓶状, 上下轧辊互相错位1800布置; (2) 带S形曲线的轧辊具有轧辊轴向抽动装置。虽然CVC轧机与HC轧机一样有轧辊轴向抽动装置, 但其目的和板形控制的基本原理是不同的。HC轧机是为了消除辊间的有害接触部分来提高辊缝刚度, 以实现板形调整的, 是刚性辊缝型。CVC轧机则是通过轧辊轴向抽动装置来改变S形曲线形成的原始辊缝形状来实现板形控制的, 是柔性辊缝型。当上下轧辊对称布置时, 辊缝各部分高度相同。如果上轧辊向右移动, 下轧辊以相同的移动量向左移动, 则辊缝中部高度变小。反之, 上辊向左移动, 下辊以相同的移动量向右移动, 辊缝中部高度变大 (如图1所示) 。

CVC轧机的主要特点是: (1) 通过一组S形曲线轧辊可代替多组原始辊型不同的轧辊, 减少了轧辊备品量; (2) 可以进行无级辊缝调整来适应不同产品规格的变化, 以获得良好的板带平直度和表面质量; (3) 辊缝调节范围大, 与弯辊装置配合使用时, 如1700mm板带轧机的辊缝调整量可达600μm。

三大类型的CVC轧机:CVC二辊轧机、CVC四辊轧机和CVC六辊轧机。CVC四辊轧机的工作辊为S型曲线轧辊, 而CVC六辊轧机S形曲线轧辊可以是工作辊, 也可以是中间辊。CVC四辊轧机可以是工作辊传动, 也可以是支承辊传动。CVC六辊轧机则可以分为中间辊传动和支承辊传动两种 (如图2所示) 。

这种轧机的典型应用如宝钢2050热轧机。

轧辊成对交叉轧机-PC (Paired Crossed Roll) 轧机 PC轧机的主要特点是轧辊“成对交叉”。上下轧辊的轴线交叉后, 轧辊辊缝将发生变化 (如图3所示) 。离轧辊轴线相交点愈远, 其辊缝就变得愈大, 而且辊缝的变化也与轧辊轴线交叉角有关。

PC轧机的优点是: (1) 有较大的轧辊凸度控制能力, 轧辊轴线交叉角可在00～1.50范围内调整, 最大的轧辊凸度可达100μm, 居所有轧机之冠, 如配以强力弯辊装置也能获得良好的平直度板带; (2) 能有效地控制板带边部减薄; (3) 轧辊辊型简单, 节省了轧辊备件量并便于轧辊管理。

由于PC轧机板形控制能力较好, 获得的板带板凸度及厚度精度较高, 所以得到了较快地发展。应该指出, 为了在PC轧机上能够实现自由程序轧制和进一步改善板带表面质量, 开发了工作辊在线磨辊装置ORG (Online Roll Grinder) , 既可保证轧制带钢表面质量和断面形良好, 还可延长轧辊更换周期, 也可实现自由程序轧制, 对PC轧机的发展起到有利的促进作用。这种轧机典型应用如宝钢1580热轧机。

轧辊凸度可变轧机-VC (Variable Crown) 轧机VC轧机是通过改变支承辊凸度来调节轧辊辊缝形状的, 也是属于柔性辊缝型。

支承辊由外套筒和芯轴组成。芯轴与外套筒之间有一液压腔, 外套筒和芯轴是热装在一起的。高压油 (最高油压为50Mpa) 由液压站通过高速旋转接头和芯轴内油孔进入液压腔中, 只要改变高压油的压力, 就可改变轧辊凸度, 使其能抵消由轧制力引起的弹性弯曲变形, 以获得良好的板形 (如图4所示) 。VC轧机轧辊凸度控制能力比液压弯辊的四辊轧机大, 一般为40～120μm, 但远远小于CVC和PC轧机。与液压弯辊配合使用时, 可以扩大一些控制范围。

VC轧辊辊型凸度曲线近似于正弦曲线, 轧辊中间部分的凸度与油腔中油压成正比。凸度变化响应速度快, 可在轧制时进行控制, 凸度均匀, 对轴承寿命无影响。而且, 便于对一般四辊轧机的改造, 只需将支承辊改为VC轧辊, 增加有关液压系统即可。

现代板带轧机都设置了厚度控制装置。常用的厚度控制方法有调整压下, 调整张力和调整轧制速度等几种方法。压下装置一般有电动压下和液压压下相结合、阶梯垫和液压压下相结合两种。电动压下和液压压下相结合的压下方式主要应用在粗轧机和中厚板轧机上;而阶梯垫和液压压下相结合的压下方式主要应用在热、冷连轧机组上。在轧件的厚度自动控制上主要由液压压下进行控制, 轧制力由装在阶梯垫里的测压头进行测量。

轧件的自动厚度控制 (Automatic Gauge Control) 简称AGC, 采用液压压下的自动厚度控制系统通常称为液压AGC。AGC系统包括三个主要部分: (1) 测厚部分, 主要是检测轧件的实际厚度; (2) 厚度比较和调节部分, 主要将检测得到的轧件实际厚度与轧件的给定厚度 ( 所要求的轧件厚度) 比较, 得出厚度差δh。此外, 根据具体情况和要求, 转换和输出辊缝调节量讯号δS; (3) 辊缝调整部分, 主要根据辊缝调节量讯号, 通过压下装置对辊缝进行相应的调整, 以减小或消除轧件的厚差。

下图为液压AGC系统简图。此系统是利用轧制力和弹跳方程间接测量轧件厚度 (即P-AGC) 基础上, 增加了当量刚度控制功能, 并在轧机出口处增设了测厚仪, 增加了直接测厚AGC系统。

在轧制前, 首先由电位器1给出原始辊缝信号SL。该信号通过综合比较调节器3和放大器4输入电液伺服阀5, 伺服阀5就输出油液使压上油缸12动作。此时, 位置传感器 (磁尺) 6测出油缸位移信号, 并输入综合比较调节器3, 经与给定辊缝信号SL比较后, 得出辊缝差信号为δS, 经放大器4在输入电液伺服阀5。而当辊缝差信号δS=0时, 电液伺服阀5停止油液的输出, 压上油缸12停止工作, 完成了原始辊缝的调整。

在轧制过程中, 当轧制力P发生变化而产生厚差时, 则通过压力比较器13与给定的轧制力PL比较后, 输出压力差δP, 再经过压力和位置转换器9和辊缝调节系数装置14, 将应予以补偿的辊缝调节量输入综合比较调节器3, 输出辊缝调整信号, 通过放大器和伺服阀使压上油缸动作, 修正原始辊缝值, 实现轧辊辊缝的补偿调整。

由于轧辊磨损、热膨胀以及检测元件误差所造成的辊缝偏差, 可通过轧机出口处的测厚仪7直接测出轧件厚度h, 经综合比较调节器输出厚差δh, 通过放大器和伺服阀使压上油缸动作, 修正这一误差, 以提高厚控系统的精度。

液压AGC系统可以控制机座当量刚度, 能适应不同的轧制工艺要求。例如, 在轧制开始阶段, 要求机座有较大的当量刚度, 以获得较小的纵向厚差。而在精轧或平整时, 则要求机座有较小的当量刚度, 以获得良好的板形。因此, 液压AGC系统在现代板带轧机上获得了广泛应用。

摘要：对常见带钢轧机的类型进行讨论, 对先进板形控制技术展开阐述。

ABB板形自动控制系统的研究第3篇

莱钢冷轧薄板厂引进的板形自动控制AFC系统是瑞典ABB公司的自控系统, ABB公司的板形控制是当今世界上比较先进的技术, 并且经不断改进升级, 其测量辊的精度已经达到非常高的水准, 相当于一个I单位的水平。

1 ABB板形仪控制系统

1.1 系统组成

ABB板形仪的AFC系统主要包括测量、控制和通信三部分。测量部分包含板形测量辊、图像显示单元、信号处理单元和HMI界面。控制部分包含控制功能单元、操作控制和过程控制。通信部分包括过程I/O点、与其他计算机和打印机的连接。

1.2 自动控制的条件

ABB AFC系统结构如图1所示, 可以看出实现板形自动控制的几个必要条件:

(1) 快速、准确、可靠的板形检测。

能够快速、准确、可靠地检测带钢在轧制中横截面几何形状与其表面平坦度是板形自动控制的首要条件。因此, 检测手段和技术水准是AFC控制系统进行高精度控制的关键。

(2) 数学模型与计算机软硬件系统。

建立完善的数学模型与计算机软硬件系统是板形自动控制的基础。通过研究板形检测方法及计算机控制所需的信号处理方法、控制规律和控制算法, 可最终建立一套板形自动控制系统的数学模型, 该数学模型能够根据实测板形信号及相关轧制工艺参数得出合理的调控方案及正确的各板形调节机构设定值。然后选择一种计算机语言, 在一定的硬件及系统环境下将控制模型程序化, 实现由计算机自动控制板形。

(3) 板形控制技术。

目前, 冷轧板形控制技术基本上分为两种技术方案:增大加载辊缝凸度的可调节范围, 即柔性辊缝控制;增大加载辊缝的横向刚度, 降低轧制力波动时辊缝凸度的波动, 即刚性辊缝控制。冷轧轧机的板形是利用辊缝凸度进行调节控制, 从而可以得到非常理想的带钢板形。

ABB板形控制系统安装在四机架冷连轧机组的第四机架出口处, 通过接触式分段测量辊检测出轧后带钢的张应力分布, 反映出带钢的实际板形与板形目标曲线的偏差。板形偏差经过板形控制系统的处理, 最终得到各种控制量, 用来控制分布于每个机架的液压弯辊和倾斜压下执行机构, 以及分布于第四机架出口的冷却装置, 来达到消除偏差, 实现目标板形的目的。

2 控制板形的手段

2.1 倾斜压下控制

控制两侧AGC压下的单独摆动, 其实是调节带钢两侧的压下量, 目的是消除带钢的边浪。在控制系统程序中, 同时考虑了钢种、带钢规格等有关的适应系数的调节。

2.2 弯辊控制

通过调节工作辊的正弯和负弯来改变其挠度, 从而消除带钢中浪和边浪的缺陷。在控制系统中, 考虑了带钢钢种、宽度、厚度有关的适应系数, 对不同钢种、不同的轧制规格, 可通过调整这3个适应系数对弯辊调节量输出, 使控制效果达到最优化。

2.3 乳化液的喷射控制

由乳化液喷射来消除板形的剩余偏差, 所谓剩余偏差即测量辊测得的板形偏差与倾斜压下、弯辊比较之后偏差。控制单元按已设定的采样周期调用剩余偏差, 从而自动控制对应的乳化液喷嘴的数量及其状态。

3 控制板形的算法

3.1 板形预算

板形差预算即预算出各控制方法应消除的板形差, 有利于控制相应的执行器动作。可以用函数公式来描述倾斜调节控制消除的板形差:

式中, x表示带宽, 取值范围[-1, 1]。函数曲线如图2所示。

调节弯辊消除的板形差的函数公式:

b0的作用是使ab (x) 的平均值过零。函数曲线如图3所示。

3.2 板形计算

板形控制算法的基本思想是利用最小二乘法和板形差评估函数对计算出的板形偏差进行回归, 回归曲线的幅度估计值即为各执行器应消除的板形偏差的动作量。

设N个测量区的测量板形差为:

预估板形差为:

式中, SK为倾斜压下控制量;WB为工作辊弯辊控制量。

设倾斜压下预算函数αt (x) =1.4x-0.7x7对应各测量区的大小为αt (1) , αt (2) , ……αt (N) , 则:

设弯辊评估函数ab (x) =b0-1.7x2-0.3x4对应各测量区的大小为αb (1) , αb (2) , ……αb (N) , 则:

令

则性能指标为:

由最小二乘法得:

可以推导出:

式中,

式 (10) 即为倾斜压下控制算法;式 (11) 即为弯辊控制算法。

在式 (10) 和 (11) 中, (X1TX1) -1X1T和 (X2TX2) -1X2T均为常数矩阵, 故把它们作为最小二乘法初始化一次性计算即可, 在线计算只需进行简单的乘法与加法即可。

莱钢冷轧厂ABB板形自动控制系统中, 板形测量辊分为32个测量区域, 所以N=32。

4 结语

从板形检测、偏差处理和执行机构三方面对ABB板形控制系统进行详细研究, 并对控制器算法进行推导, 从推导结果中可以得出倾斜与弯辊控制是改善板形最重要、最有效、最方便的方法。

摘要：以瑞典ABB板形仪为研究对象, 介绍板形自动控制系统的组成和自动控制条件, 并阐述控制板形的算法。

关键词：板形,测量,模型,自动控制

参考文献

[1]V.A.Agureev, A.V.Kuryakin, V.S.Rudnev, etal.USE OF GAGE IP-4-GP TO MEASURE THE FLATNESS OF STRIP ON A HOT-STRIP MILL[J].Metallurgist, 2004, 48 (23) :1-2

[2]薛定宇, 陈阳泉.基于MATLAB/Simulink的系统仿真技术与应用[M].北京:清华大学出版社, 2011

[3]丁震.ABB板形测量系统的介绍和应用[J].数字化用户, 2013

板形控制论文第4篇

关键词：动态板形辊,平整机,辊系变形,板形控制

0 引言

平整是轧制工艺过程中的最后阶段, 平整轧制是生产优质薄板、确保带钢成品质量的最后一道工序。对冷轧后退火的带钢或热轧后的带钢进行平整, 对提高产品质量、控制板形以及表面状态起着重要的作用。平整的实质是一种小压下率 (0.5%～4.0%) 的二次冷轧变形, 主要作用有:改善带钢板形;改善带钢力学性能, 消除退火带钢的屈服平台;改善带钢表面质量, 使其达到一定的表面粗糙度要求。

动态板形辊 (dynamic shape roller, DSR) 技术是法国克莱西姆 (Clecim) 公司于20世纪90年代研制成功的一种轧制力分布控制技术, 作为第三代板形技术的典型代表, 体现了板形控制技术的最新发展。目前, 我国的平整技术设备与工艺基本实现了国产化, 但是缺乏关键的核心技术, 平整技术设计和控制模型相对落后, 从国外引进的设备, 由于技术封锁, 缺乏配套的先进模型, 故平整质量不高。因此, 从基础理论及对实际的平整机技术进行研究, 对掌握平整机核心技术具有重要的意义[1,2]。

1 相关数学模型

根据DSR技术的特殊板形控制原理, 基于影响函数法建立DSR平整机板形控制特性分析模型。目前对DSR技术的研究都是利用有限元软件建立三维模型来对其板形控制能力进行界定的, 模型简化较多, 计算量大, 仅可以做定性的分析, 可移植性差, 不能够应用于在线控制。本文综合考虑了芯轴与辊套的特殊结构以及分段液压压块机构的影响, 采用分割模型建立DSR平整机的辊系变形模型, 在此基础上, 考虑平整轧制过程的特点, 将针对平整过程的金属模型和辊系模型进行耦合计算, 建立分析DSR平整机板形控制特性的整体模型, 并给出了计算流程。

板形控制模型主要有基于轧机基本理论的机理模型和基于经验与数据的智能模型。智能模型主要从数据中总结和归纳因果关系, 模型简练, 计算速度快, 但模型的建立依赖于实际数据与实际经验, 分析与预测能力较弱, 通用性较差。机理模型的结构相对复杂, 通过严谨的理论推导加上一定的合理假设, 具有很强的分析预测能力, 对实际的生产应用和新的板形控制技术的开发都有重要的指导意义[3,4,5]。

完整的板形控制机理模型共包括8个子模型[6], 即金属变形模型、辊系弹性变形模型、轧件和轧辊的温度场模型、辊系磨损模型、板形良好判别模型、板形偏差模式识别模型、板形标准曲线模型和板形控制策略模型。

2 DSR平整机板形控制机理模型的建立

2.1DSR平整机辊系受力模型

本文采用影响函数法计算辊系弹性变形, 图1以支承辊辊身长度L为离散长度, 考虑到动态板形辊各段压块力的受力情况, 压块力一般为5段或7段, 为了使计算更具一般性, 假设沿辊身长度共作用有k个压块, 每个压块的压块力从左到右分别记为T1, T2, , Tk, 每个压块段的长度分为m个等分单元, 总的单元数N=km , 每个单元宽Δx=L/N, 作用于轧辊上的载荷亦按相同单元离散化。以左压下支点处为原点, 各单元中心的横坐标为xi (i=1, 2, , N) , 将轧制压力分为n份, 轧制压力和辊间压力在第j段内分别用集中力pj、qj代替。

2.2DSR平整机辊系变形模型的建立

2.2.1 非对称轴线挠曲影响函数的计算

由于本课题涉及分段压块力左右不对称分布力的作用, 故计算轴线挠曲位移需要此种情况下的影响函数。影响函数的计算将轧辊看作两端自由支承的简支梁, 将辊身沿轴向划分为N个单元, 轧辊轴线挠曲的影响函数α (i, j) 即是当轧辊在j单元受到单位力时在i单元产生的轴线位移。图2为非对称影响函数的计算示意图。

当xi≤xj时,

$\begin{array}{l} α (i, j) = \frac{L_{0}^{3}}{3 E Ι_{d} L^{2}} [(L - x_{i}) (L - x_{j}) + x_{i} x_{j}] + \\ \frac{1}{6 E Ι_{D} L^{2}} [(L - x_{j}) (2 L_{0}^{3} x_{i} + 2 L^{2} x_{i} x_{j} - 2 L L_{0}^{3} - \\ L x_{i} x_{j}^{2} - L x_{i}^{3}) - 2 L_{0}^{3} x_{i} x_{j}] + \\ \frac{k L_{0}}{G A_{d} L^{2}} [(L - x_{j}) (L - x_{i}) + x_{i} x_{j}] + \frac{k}{G A_{D} L^{2}} \cdot \\ [(L - x_{j}) (L + L_{0}) x_{i} - L L_{0} (L - x_{j}) - L_{0} x_{i} x_{j}] (1) \end{array}$

当xi>xj时,

$\begin{array}{l} α (i, j) = \frac{L_{0}^{3}}{3 E Ι_{d} L^{2}} [(L - x_{j}) (L - x_{i}) + x_{i} x_{j}] + \\ \frac{1}{6 E Ι_{D} L^{2}} [(L - x_{i}) (2 L_{0}^{3} x_{j} + 2 L^{2} x_{i} x_{j} - \\ 2 L L_{0}^{3} - L x_{j} x_{i}^{2} - L x_{j}^{3}) - 2 L_{0}^{3} x_{i} x_{j}] + \\ \frac{k L_{0}}{G A_{d} L^{2}} [(L - x_{i}) (L - x_{j}) + x_{i} x_{j}] + \frac{k}{G A_{D} L^{2}} \cdot \\ [(L - x_{i}) (L + L_{0}) x_{j} - L L_{0} (L - x_{i}) - L_{0} x_{i} x_{j}] (2) \end{array}$

式中, k为剪切系数, 圆截面时k=10/9, 空心圆截面时k=2;G为轧辊剪切模量, GPa;E为轧辊弹性模量, GPa;Id、ID分别为直径d、D的圆截面轧辊惯性矩, mm4;Ad、AD分别为直径d、D的圆截面面积, mm2。

2.2.2 支承辊轴线位移

考虑到动态板形辊具有芯轴和辊套的结构, 其芯轴的挠曲只发生在轧辊内部, 只有在边部影响到辊套与芯轴的相对位置, 因此本文将首先计算芯轴的挠曲变形和刚性位移, 由于芯轴的位移发生在DSR辊内部, 故对带材的厚度控制起作用, 但是不改变辊缝的形状分布, 芯轴对辊套起支撑的作用。在此基础上计算辊套整体的挠曲位移以及刚性位移。

当xi≤xj时,

$\begin{array}{l} α_{b x} (i, j) = \frac{1}{6 E_{b}^{X} Ι_{b}^{X} L_{S}} [(L_{S} - x_{j}) \cdot \\ (2 L_{S} x_{i} x_{j} - x_{i} x_{j}^{2} - x_{i}^{3})] + \frac{k x_{i}}{G_{b}^{X} A_{b}^{X} L_{S}} (L_{S} - x_{j}) (3) \end{array}$

式中, EXb为芯轴弹性模量;IXb为芯轴惯性矩;GXb为芯轴剪切弹性模量;AXb为芯轴横截面面积。

当xi>xj时,

$\begin{array}{l} α_{b x} (i, j) = \frac{1}{6 E_{b}^{X} Ι_{b}^{X} L_{S}} [(L_{S} - x_{i}) \cdot \\ (2 L_{S} x_{i} x_{j} - x_{j} x_{i}^{2} - x_{j}^{3})] + \frac{k x_{j}}{G_{b}^{X} A_{b}^{X} L_{S}} (L_{S} - x_{i}) (4) \end{array}$

则所有压块力共同作用时产生的位移为

$y_{b x} (i) = \sum_{t = 1}^{k} \sum_{j = (t - 1) m + 1}^{t m} α_{b x} (i, j) \frac{Τ_{t}}{m}$ (5)

辊套位移分为其相对于辊身端部的挠曲位移和刚行位移。挠曲位移的计算可以假设辊身端部有简支约束, 然后分别计算在分段压块力和辊间压力作用下的辊套位移:

$y_{b t} (i) = \sum_{j = 1}^{Ν} α_{b t} (i, j) q_{j} Δ x - \sum_{t = 1}^{k} \sum_{j = (t - 1) m + 1}^{t m} α_{b t} (i, j) \frac{Τ_{t}}{m}$ (6)

式中, αbt (i, j) 为辊套挠曲影响函数。

当xi≤xj时,

$\begin{array}{l} α_{b t} (i, j) = \frac{1}{6 E_{b}^{Η} Ι_{b}^{Η} L} [(L - x_{j}) \cdot \\ (2 L x_{i} x_{j} - x_{i} x_{j}^{2} - x_{i}^{3})] + \frac{k x_{i}}{G_{b}^{Η} A_{b}^{Η} L} (L - x_{j}) (7) \end{array}$

当xi>xj时,

$\begin{array}{l} α_{b t} (i, j) = \frac{1}{6 E_{b}^{Η} Ι_{b}^{Η} L} [(L - x_{i}) \cdot \\ (2 L x_{i} x_{j} - x_{j} x_{i}^{2} - x_{j}^{3})] + \frac{k x_{j}}{G_{b}^{Η} A_{b}^{Η} L} (L - x_{i}) (8) \end{array}$

式中, EHb为辊套弹性模量;IHb为辊套惯性矩;GHb为辊套剪切弹性模量;AHb为辊套横截面面积。

式 (6) ～式 (8) 中, 剪切系数k取2。支承辊辊套刚性位移:

$y_{b t}^{Κ} (i) = b_{1} + \frac{b_{2} - b_{1}}{L} (x_{i} - L_{0})$ (9)

式中, b1、b2分别为辊套左右两端的轴线位移。

2.2.3 工作辊轴线位移

工作辊轴线的位移由四部分组成, 即刚性位移、轧制压力引起的挠曲位移、辊间接触压力引起的挠曲位移和工作辊弯辊力引起的挠曲位移。

工作辊挠曲位移为

$\begin{array}{l} y_{w} (i) = \sum_{j = 1}^{n} α_{w} (i, j) p_{j} Δ x - \\ \sum_{j = 1}^{Ν} α_{w} (i, j) q_{j} Δ x - α_{w f} (i, j) F_{w} (10) \end{array}$

式中, αw (i, j) 为工作辊挠曲影响函数;αwf (i) 为工作辊弯辊影响函数。

当xi≤xj时,

$\begin{array}{l} α_{w} (i, j) = \frac{1}{6 E_{w} Ι_{w} L} [(L - x_{j}) \cdot \\ (2 L x_{i} x_{j} - x_{i} x_{j}^{2} - x_{i}^{3})] + \frac{k x_{i}}{G_{w} A_{w} L} (L - x_{j}) (11) \end{array}$

当xi>xj时,

$\begin{array}{l} α_{w} (i, j) = \frac{1}{6 E_{w} Ι_{w} L} [(L - x_{i}) \cdot \\ (2 L x_{i} x_{j} - x_{j} x_{i}^{2} - x_{j}^{3})] + \frac{k x_{j}}{G_{w} A_{w} L} (L - x_{i}) (12) \end{array}$

$α_{w f} (i) = \frac{x_{i}}{4 E_{w} Ι_{w}} (L - x_{i}) (L_{F} - L)$ (13)

式中, Ew为工作辊弹性模量;Iw为工作辊辊身惯性矩;Gw为工作辊剪切弹性模量;Aw为工作辊辊身横截面面积。

工作辊刚性位移为

$y_{w}^{Κ} (i) = c_{1} + \frac{c_{2} - c_{1}}{L} (x_{i} - L_{0})$ (14)

式中, c1、c2分别为工作辊左右两端的轴线位移。

2.2.4 轧辊压扁的计算

工作辊与支承辊之间的弹性压扁量, 即两轧辊中心线的接近量δwb (i) , 按照平面应变条件下的半平面体模型求解:

δwb (i) =αwb (i) qi (15)

$α_{w b} (i) = \frac{2 (1 - υ_{b}^{2})}{π E_{b}} (\ln \frac{2 R_{b}}{b_{w b}} - \frac{1}{8} \frac{1 - 4 υ_{b}}{1 - υ_{b}}) +$

$\frac{2 (1 - υ_{w}^{2})}{π E_{w}} (\ln \frac{2 R_{w}}{b_{w b}} - \frac{1}{8} \frac{1 - 4 υ_{w}}{1 - υ_{w}})$ (16)

$b_{w b} = \sqrt{\frac{4}{π} q_{i} (\frac{1 - ν_{b}^{2}}{E_{b}} + \frac{1 - ν_{w}^{2}}{E_{w}}) \frac{R_{b} R_{w}}{R_{b} + R_{w}}}$ (17)

式中, αwb (i) 为辊间的弹性压扁量影响系数;Rw、Rb和υw、υb分别为工作辊与支承辊辊身半径和泊松比;bwb为辊间接触压扁半宽度。

由于支承辊辊套的空心结构以及特殊的受力情况, 使得辊套不仅承受辊间压力, 同时还受到一个附加的弯矩载荷作用, 这使得辊套在接触点的曲率半径增大, 在上述计算压扁的时候需要用新的曲率半径Rt代替辊套原来的辊身半径R0, 得到更准确的辊间压扁量[7]:

$R_{t} = \frac{R_{0}}{1 - \frac{3 t (R_{0} + R_{1})^{3}}{2 E (R_{0} - R_{1})^{3}} [1 - \cos θ - \frac{2 (θ - \sin θ)}{π}]}$ (18)

式中, R1、R0分别为辊套的内外半径。

工作辊与轧件接触表面的压扁可按半空间模型来求解:

$δ_{w s} (i) = \sum_{j = 1}^{n} α_{w s} (i, j) p_{j} i = 1, 2, \dots, m$ (19)

式中, αws (i, j) 为工作辊与轧件的接触压扁影响系数。

工作辊和支承辊辊套位移的协调方程为

yw (i) +yKw (i) =ybt (i) +yKbt (i) +δwb (i) +ΔDi (20)

ΔDi=1/2 (ΔDwi+ΔDbi)

$Δ D_{w i} = Δ D_{w} (\frac{L_{S}}{2}) - Δ D_{w} (x_{i})$

$Δ D_{b i} = Δ D_{b} (\frac{L_{S}}{2}) - Δ D_{b} (x_{i})$

i=1, 2, , N

式中, ΔDi为辊间原始间隙或空载凸度。

DSR辊的特殊芯轴与辊套结构使其在板形控制的同时不影响厚度控制, 芯轴在压块力的作用下产生挠曲变形, 但此变形在DSR内部, 可以通过压块位移的调节来补偿, 从而不会影响辊缝几何形状的控制。DSR的辊套位置由芯轴两端的定位轴承来保持其轴向位置, 边部两压块调节其与芯轴的相对位置, 可满足辊缝和控制的要求。辊身中点处的辊缝值可以表示为由辊系变形部分所引起的辊缝值变化量和其他支撑结构变形引起的辊缝值变化量。

由上述计算可以求得辊间压力分布, 轧件出口厚度的横向分布为

h (i) =s0+2yw (i) +2yKw (i) +2δws (i) +yKbx (i) (21)

2.3DSR平整机板形控制机理模型的建立

板形控制分析需要金属模型和辊系变形模型耦合迭代计算。金属模型确定轧件的单位轧制压力和前后张力横向分布等内容, 但需要辊系变形模型提供轧件出口厚度的分布, 而辊系变形模型计算中需要轧制力的分布作为前提条件, 在相互迭代的计算中得到符合要求的结果。板形控制特性分析的流程图如图3所示。

2.4DSR平整机承载辊缝的调控功效

将模型应用在2030mm平整机的上支承辊, 得到板宽为1800mm时各调节机构的辊缝调控功效曲线, 如图4～图11所示。其中弯辊力的调节量为100kN, 7个压块力 (T1～T7) 的调节量为500kN, 各调控功效都是在其他调节机构处于基态时得到的。

可以看出, 各压块力的作用关于中间压块是对称的, 这是由其结构决定的, 分析中将只计算前四个压块力T1～T4 (以500kN为一个调节单位) 和工作辊弯辊 (以100kN为一个调节单位) 。其中各调控功效曲线的形式较复杂, 呈高次曲线的形态, 文献[6]对有限元软件模拟的结果用五次多项式可以对调控功效曲线进行较好的拟合, 本文的计算结果与文献[6]中的研究结果相符。T1和T7压块力调节量对辊缝的调节范围较小, 而且只有在边部才有一定效果。T2和T6可以实现宽度方向上20μm以上的变化量, 曲线形式处于过渡形式。从T1和T7到T3和T5的时候, 曲线的弯曲方向变为相反的方向。中间压块力T4的调控曲线幅值较弯辊相对小一些, 但是其变化趋势比弯辊急速。对于普通轧机的弯辊, 对辊缝的调节能力在边部较明显, 在中部效果减弱, 从本文的结果也可体现这一点, 压块力T4直接作用于辊套的中部, 对中部的影响较大一些。本文的结果与文献[8]在2030mm冷连轧机的ANSYS有限元仿真结果相比, 曲线的形式基本相同。

3 结束语

针对平整机的特殊性, 基于分割模型的影响函数法, 充分考虑DSR技术的特殊控制原理, 建立了DSR平整机辊系变形模型。将针对平整过程的金属模型和辊系模型进行耦合计算, 建立了板形分析的整体模型, 并编写了模型的计算流程和程序, 以此对DSR平整机的板形控制能力进行研究。本文的研究结果具有很好的应用价值。

参考文献

[1]连家创.刘宏民.板厚板形控制[M].北京:兵器工业出版社, 1995.

[2]戚向东, 连家创.考虑轧件弹性变形时冷轧薄板轧制压力分布的精确求解[J].重型机械, 2001, 23 (5) :41-44.

[3]白振华.冷带钢轧机板形控制技术的开发研究[D].秦皇岛:燕山大学, 2002.

[4]曹鸿德.塑性变形力学基础与轧制原理[M].北京:机械工业出版社, 1981.

[5]华建新, 金以慧, 吴文彬.基于动态板形辊的冷轧板形控制新技术[J].钢铁, 2001, 36 (1) :33-37.

[6]周西康.DSR冷轧宽带钢轧机板形控制性能研究[D].北京:北京科技大学, 2005.

[7]吴文彬.板形控制新技术在宝钢2030冷轧轧机的应用与研究[D].沈阳:东北大学, 2003.

板形控制论文第5篇

热连轧板形自动控制系统对于提高板形质量具有无可替代的作用。国内比较先进的热连轧机基本都配备了板形自动控制系统, 但其核心控制系统 (包括设备、工艺、模型和控制) 等基本还是依赖进口。通过长期跟踪和研究, 对生产中存在的问题进行归纳总结, 介绍弯辊力控制、凸度控制和平坦度控制三个方面的实现过程。

1 板形自动控制系统结构

莱钢1500热轧生产线的精轧机组是四辊六机架连轧机组, 每台机架都有弯辊与窜辊功能, 其中最大弯辊力可达2000k N, F1、F2、F3的窜辊量最大可到150mm, F4、F5、F6的窜辊量最大可到200mm。德国IMS公司生产的X-ray凸度仪与Top Plan平坦度仪分别被安装在精轧出口处, 为板形自动控制提供重要的检测数据。莱钢1500热连轧生产线的板形自动控制系统结构如图1所示, 其具有板形的预设定、轧制力测量、凸度反馈控制、弯辊力前馈控制、平坦度闭环反馈控制和工作辊串辊调节等功能。板形的预设定是在带钢进入F1轧机过程前, 依据二级轧制数学模型的计算来设定精轧区域各个轧机的弯辊力和工作辊的窜辊量, 进而保证带钢头部的板形质量。弯辊力前馈控制主要为了补偿在轧钢过程中轧制力的波动对板形的影响;凸度反馈控制与平坦度反馈控制分别保证整只带钢在全过程轧制都可以达到目标设定值;板形板厚解耦控制是为了消除厚度控制在轧制过程中对板形产生的影响。凸度和平坦度是板形控制的核心参数, 无论凸度控制还是平坦度控制, 其实质都是为了辊缝控制, 它们与厚度控制的不同在于厚度控制只是控制工作辊中间点的开度精度, 而凸度与平坦度控制是对带钢宽度内的全部辊缝的开度精度进行控制。凸度和平坦度是耦合相互协调的关系, 凸度既是带钢表面质量控制的直接目标, 同时也是平坦度控制的决定因素。根据精轧机区域的实际情况, 采用的凸度与平坦度解耦控制基本方法是:在F1、F2进行带钢的凸度控制, 在F5、F6进行带钢的平坦度控制, 在F3、F4同时进行凸度和平坦度控制。

2 板形自动控制系统

在莱钢1500热连轧的板形自动控制系统中, 主要采用了弯辊力的前馈控制、凸度的反馈控制与平坦度的反馈控制三个模型来保证整个带钢的板形质量。

2.1 凸度控制控制系统

在板形自动控制系统中, 为了确保控制凸度的时候, 不影响平坦度的控制, 必须保证F1-F6机架间的比例凸度一致。在正常工作时, 凸度仪能够按设定的周期, 传递精轧出口带钢表面的凸度值, PLC系统就可以计算得出偏差 (实际凸度值与目标凸度值之差) 。

依据上游机架主要控制带材凸度, 下游机架主要控制带材平坦度的控制策略, 在精轧区域的F2-F6五台轧机实行凸度的反馈控制, 其中F2-F4三台轧机凸度的反馈控制主要是把带钢凸度调节到目标比例凸度;F5与F6凸度的反馈控制目的主要是在与比例凸度相等的情况下, 让带钢在凸度反馈时确保平坦度控制不受牵制。

根据精轧机组出口带钢的凸度偏差, 可以计算得到每个机架的出口凸度偏差, 公式为:

式中, ei (k) 为第k控制周期第i (i=2…6) 机架的带钢出口凸度偏差;hi为第i个机架出口带钢厚度;h6为带钢在精轧机组出口的厚度。

在实现凸度反馈控制的过程当中, 每个机架弯辊力的调整量都需要考虑其设备的极限条件。凸度控制系统必须在凸度仪正常的工作状态, 并且检测到了带钢通过信号后方可启动, 其控制系统扫描周期和凸度仪的凸度检测信号的周期都是2s。

2.2 弯辊力控制系统

弯辊力的控制系统功能包括轧辊热凸度补偿、轧辊磨损凸度补偿以及轧制力变化补偿。轧辊热凸度是个缓慢变化的过程, 在生产节奏比较稳定的情况下, 换辊30min后热凸度基本稳定, 相对每一只钢带来说, 轧辊的磨损凸度在带钢头部与尾部之间的差别基本不大。然而从大量的实际生产数据中可以看到, 由于种种因素的影响, 特别是厚度自动控制投入时, 各个轧机的轧制力变化会很大, 可达到3500k N左右。依据弹塑性理论分析, 轧机轧制力的变化会引起轧辊辊系变形, 所以轧制力变化所引起的带钢板形变化是无法忽略的, 因此引入弯辊力前馈控制系统非常必要, 当今国内各热轧生产线基本都采用此方法。弯辊力前馈控制系统模型公式:

式中, ΔFBi为第i个机架的轧制力变化量;kali为第i个机架弯辊力的前馈控制模型调整系数;kFF为第i个机架轧制力的变化量;ΔFRi为弯辊力前馈控制的模型系数。

在整个轧制控制过程当中, 带钢每通过一个机架时, 其控制程序都会接收到一个咬钢信号, 并延时1s后锁定其轧制力与弯辊力, 而后立即执行弯辊力前馈控制系统, 对弯辊力进行实时调整。

2.3 平坦度控制系统

平直度控制系统主要依据精轧机组的出口处平直度仪的实测数据, 调整最后一个机架F6的弯辊力以确保带钢表面平直。平直度仪会及时反馈给PLC控制系统, 其检测到的是对称平直度还是非对称平直度, PLC系统会给液压弯辊系统发出命令, 让其调整操作侧或传动侧或同时调整。因为弯辊力对对称浪形能起到很好的控制作用, 所以在实际控制过程中均采用对称平直度。对于单边浪, 则需要操作人员对两侧辊缝进行调整来消除。

弯辊力瞬时修正量公式:

式中, ΔFB为弯辊力瞬时修正量;坠β/坠FB为弯辊力的模型设定对平直度的影响系数。平直度控制系统采用PI控制, 即对弯辊力瞬时修正量进行比例积分控制, 输出弯辊力将带钢调整平直。其中积分增益依据带钢宽度现场调试, 并利用插值表取值, 当卷取机咬住带钢头部后, 积分增益变为原来的1/2。

3 应用效果

莱钢1500热连轧板形自动控制系统是在基础自动化级 (L1) GE系列的PLC系统中实现的。通过编程和调试, 板形自动控制系统自2005年初投入使用以来, 一直稳定运行。生产实绩表明, 投入板形自动控制系统后, 操作工的干预量减少, 带钢全长的板形质量精度提高。

参考文献

[1]费静, 李文斌, 杨春雨, 等.热连轧精轧设定模型及其优化方法研究.鞍钢技术[J], 2010, (1) :47-51

[2]陈勇.热轧板凸度控制的探讨[J].新疆钢铁, 2005, (3) :9-11

板形控制论文第6篇

板形和厚度是带钢的重要质量指标。在轧制薄板时, 产品的综合理想状态应该是厚度, 宽度均匀, 平直度好, 没有内应力, 如果这些能够实现, 那么会使产品强度增加, 更容易加工。但实际上有很多因素使得产品达不到理想状态。即使来料平直度很好, 工作辊辊缝也很平直, 都达到了理想状态, 但在轧制过程中, 作用在轧辊上的轧制力使轧辊弯曲变形, 并且产生大量的热, 轧辊受热不均导致其膨胀不均, 所有的这些因素使得辊缝变的不平直, 钢带在横向上变形不均, 伸长率也就不一样。比如:边浪, 两边比中间延伸长, 并且钢带在展开时不平整。这些非人为原因形成的缺陷被看作是板形缺陷, 达到一定程度后会引起材料报废。

2 板形概念

2.1 几种常见的不规则板形如下:

2.2 板形定义:

2.2.1 板形可以解释为:

在钢带横向上不同的应变的形状。应变越小, 板形越好。

2.2.2 应变可以解释为:

沿纵向方向将一定长度的钢带分成几个窄条, 然后将这些窄条放在一个平面上, 一端对齐, 另一端的不同的长度显示了不同的应变。

3 板形的形成:

板形主要是钢带的形状与辊缝的形状之间不匹配, 使得钢带在横向的变形不均造成的。辊缝在没有轧制力作用时是平直的, 但在轧制时工作辊在轧制力的作用下弯曲, 使得中间的辊缝比两侧的要大。

轧辊温度对板形影响也很大。在轧制过程中轧辊产生热量, 两侧的热量由辊颈散发出去, 这样使辊子中间的温度相对要高一些, 形成温度凸度, 温度凸度要随工作辊的使用剧烈程度而变化。

图 (2) 板形产生

4 板形的在线测量及测量装置:

4.1 板形的在线测量:

I-unit是一个标准的板形测量单位, 也可以说板形用多少I-unit来表达;I-unit可以解释为:在测应变的窄条中任意相邻的两个窄条的板形差如果为0.001%, 那么就是一个I-unit。

E——杨氏模量

δ———应力

ε———应变

T——张力

A——横截面面积

所以可以通过在线测量张力来计算板形。

4.2 板形在线测量装置

在线板形测量, 板形仪装在轧制线, 钢带经过板形辊时发生弯曲, 弯曲角度由板形仪和钢带确定, 作用在板形辊上的力被板形仪测得, 然后利用几何关系、产品尺寸及特性把这个力转化为板形。这些需要不同的检测设备。

莱钢1500mm UCM单机架冷轧机组使用的为总部设在瑞典的ABB公司的Stressometer板形系统。本系统是由许多安装在整体轧辊轴向上, 长度方向上的测压元件组成。分别使用了Pressductor和压晶片测压元件。

5 板形控制装置:

板形控制的目的就是通过测量和控制指定对象在钢带横向上由不同应变产生的的张力轮廓, 减小钢带潜在的板形误差。

在一台轧机上, 控制不同的板形缺陷, 需要不同的控制装置。

莱钢1500mm UCM单机架冷轧机组控制板形主要通过以下方式:⑴工作辊正负弯辊;⑵中间辊正弯辊及串辊;⑶工作辊分段冷却;⑷辊缝倾斜调整。

6 控制模型:

6.1 板形识别函数

板形检测装置的输出信号是板宽方向上各点的张应力, 可实测到27点的张应力, 并以此代表横向延伸分布。这种延伸分布应一定的函数形式来近似表示, 可采用多项式最小二乘法建立函数:

a1、a3——非对称分量

a2、a4——对称分量

所以, 可用参数a1、a3、a2、a4来表示板形。

图 (4) 为一组应力测量值与其确定的函数:f (x) =12.543+2.1118x-1.2571x2+0.1929x3-0.1019x4

图 (4) 应力测量值与横向延伸分布函数

6.2 附加应力信号的处理

在实测f (i) 中存在着几种附加应力:⑴不均匀温度应力Ts (i) ;⑵卷取附加应力Cs (i)

实测f (x) 除去附加应力才是表征当前带钢板形, 称为板形应力fs (x)

i=测张点6控制模型:

Tf——前张力

B——板宽

h——板厚

板形识别是对板形应力fs (i) 的识别, 总实测应力f (i) 反映的并不是真实的板形情况

6.3 板形评价函数

需要采用一个标量作为衡量板形的指标, 故引入板形评价函数:

W1、W2——权值

A2、A4——实际板形参数 (二次、四次板形偏差)

A2*、A4*——目标板形参数 (二次、四次板形偏差)

目标板形曲线是轧后带材要求达到或具有的板形状况的应力描述或波浪度描述, 是板形控制闭环的拟合量及所要达到的目标。依托现代计算机强大、快速的运算能力穷举求解最优节点, 共同实现最优控制。

6.4 确定控制方法

与板宽对称通过调整弯辊力来控制, 而非对称分量侧用辊缝倾斜来控制, 更为复杂的板形可通过分段冷却来控制, 在控制过程中不断的调整弯辊和辊缝倾斜, 直到评价函数达到最小值。式 (3) 中的板形参数a1由辊缝倾斜控制, a2、a4由工作辊和中间辊弯辊来控制。

7 结语:

板形控制系统用于莱钢1500mm UCM单机架可逆冷轧机, 在实际生产中使板形质量得到较大提高。目前, 莱钢冷轧板形平直度为:0.51mm~0.65mm≤8 I-unit, 0.31mm~0.5mm≤9 I-unit, 0.2mm~0.3mm≤11I-unit各规格的冷轧板平直度全部达到或高于设计要求;整个机组的自动化程度也有很大的提高, 大大提高轧机的生产率;随着板形控制技术在国内的广泛应用, 我国的带钢质量和产量定有一个很大的飞跃。

摘要：介绍了1500mmUCM冷轧机板形控制系统、控制模型及板形控制和调节思想、手段, 通过板形检测、反馈、对比、调节, 最终实现板形控制闭环系统。

关键词：1500mmUCM轧机,板形控制,模型,目标曲线

参考文献

板形控制论文第7篇

关键词：混沌PSO算法,神经网络,板形,智能控制

0 引言

板形控制是一个多变量、强耦合、非线性的赋值系统,传统的控制方法很难取得理想的控制效果。本文使用混沌PSO算法优化的神经网络对板形进行识别,并建立神经网络板形控制系统。

1 混沌PSO对RBF神经网络板形识别模型的优化

使用混沌PSO对神经网络板型识别模型进行优化。神经网络的权值ui、隐含层中心Ci和宽度δj作为算法中粒子的位置。设计RBF网络的隐层节点个数在4～20之间变化,当目标函数达到预先给定值或者达到最大迭代次数时,PSO算法终止。使用下面的函数作为本次优化的目标函数。

表征的是该网络中实际输出与目标输出的偏差的平方和。是第j个样本的第i个特征参数网络的目标输出,aij表示其实际输出。

综上所述,对神经网络优化的基本步骤如下:

(1)参数设置:选定粒子数m;最大迭代次数Gmax;适应值阈值ε;加速度常数c1、c2;惯性权重ω。

(2)种群初始,产生n维向量,每个分量数值在0～1之间,z1=(z11,z12,,z1n),n为目标函数中的变量个数,根据Logistic方程zn+1=μzn(1-zn)n=0,1,2,,得到N个向量z1,z2,,zN。将zi的各个分量载波到对应变量的取值区间。

(3)计算适应值,从N个初始值群体中选择性能较好的M个解作为初始解,随机产生M个初始速度:如果fi优于个体最优位置,则pbest=当前粒子位置;如果fi优于群体最优位置,则gbest=当前粒子位置;根据PSO算法计算速度和位置;对最优位置Pg=(pg1,pg2,,pgD,)进行混沌优化。

(4)将pgi(i=1,2,,D)映射到Logistic方程的定义域[0,1],zi=(pgi-ai)/(bi-ai)(i=1,2,,D)。Logistic方程进行迭代产生混沌变量序列(m=1,2,),再把产生的混沌变量序列通过逆映射返回到原解空间得:

,(m=1,2,)(5)计算所有解的适应值,得性能最好的可行解p*:1)利用p*取代当前群体中任意一个粒子的位置。2)计算邻域中候选个体与其他所有个体的邻域距离,判断针对lbest进行搜索还是使用gbest。3)判断是否满足适应度阈值,满足则结束;不满足继续。4)判断是否到达迭代次数,若未到返回3),否则结束。

2 板形控制系统设计

控制系统的设计如图1所示。图中系统控制器使用效应函数,而效应函数的计算依靠神经网络的预测模型辅助完成。神经网络设置为15输入3输出,其中输入为板形控制中的主要影响因素,3个输出是板形特征参数。

3 系统仿真

取一组实测板形数据,归一化后为:

基于动态邻域算子的混沌PSO算法使用的迭代次数为2000,目标函数最小值为10-4,种群大小为200,c1=c2=2,w=0.4～0.9。使用该算法分别对板形模式识别RBF神经网络和板形预测BP网络进行训练。对于RBF神经网络的输入使用的是待识别板形的欧式距离,并且输入形式是整理后的标准样本,输出是板形特征参数a1、a2和a3,使用PSO算法对该网络进行结构和参数优化。板形控制效果如图2所示。

4 结语

在新型混沌PSO算法优化的RBF神经网络板形识别模型的基础上,使用板形控制流程的历史数据进行板形预测控制,提高了板形控制系统的整体控制效果。

参考文献

[1]张秀玲.冷带轧机板形智能识别与智能控制研究[D]:[博士学位论文].秦皇岛:燕山大学,2002

[2]王长松,张云鹏,张清东.效应函数在冷轧机板形控制中的应用[J].轧钢.1999(4):28~30

[3]张云鹏,王长松,张清东.基于效应函数的冷轧机板形闭环控制策略[J].北京科技大学学报,1999(2):195~197

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