[发明专利]四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法

权利要求书

1.一种四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，其特征是：所述设定方法包括以下由计算机执行的步骤：

（a）收集冷连轧机组各架轧机的基本设备参数，包括工作辊的辊身长度L_wk、支撑辊的辊身长度L_bk、工作辊弯辊缸距离l_wk、支撑辊压下螺丝中心距l_bk、工作辊的辊径D_wk、支撑辊的辊径D_bk、工作辊的辊型D_wki、支撑辊的辊型D_bki、工作辊最大正弯辊力工作辊最大负弯辊力最大正倾辊量最大负倾辊量下标k代表机架号，k=1,2,…,s，s为总机架数；

（b）出口断面形状显示功能的实现，包括以下由计算机执行的步骤：

b1）收集当前冷连轧机组数据采集系统的采样周期τ_s；

b2）给出虚拟凸度仪断面形状动态显示的周期τ_x，该周期与安装虚拟凸度仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证τ_x是τ_s的整数倍以及在该周期内可以完成两次板厚分布计算；

b3）给出对来料分段取样的区间间隔参数L₀；

b4）定义长度区间参数j，来料钢卷长度参数L_j；

b5）定义轧制状态参数ξ，其中ξ＝1表示开始轧制、ξ＝-1表示停止轧制，该指令由现场操作人员根据现场实际情况发送；

b6）给定初始钢卷号COILNO1＝0，准备凸度动态显示；

b7）从冷连轧机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括卷号COILNO、钢种代码SG、带材宽度B、来料厚度h₀、末架轧机出口厚度h_s；

b8）判断不等式|COILNO1-COILNO|>0是否成立？如果成立，则令j＝0、L_j＝0，并读取来料钢卷号为COILNO的断面特性数据，转入步骤b9）；如果不等式|COILNO1-COILNO|>0不成立，直接转入步骤b9）；

b9）收集当前时刻第一机架入口所轧带钢长度L^*；

b10）判断不等式L^*≥L_j是否成立，若成立，则转如步骤b11；否则，转入步骤b12；

b11）提取并计算来料卷在[L_j，L_j+1]长度区间内的平均凸度曲线函数f_j=(X)。其中L_j+1＝L_j+L₀；X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值；

b12）通过冷连轧机组数据采集系统收集当前各机架的轧制工艺参数实际值ψ_ky，其中，y表示实测动态数据的类别，y=1表示轧制压力、y=2表示前张力、y=3表示后张力、y=4表示压下率、y=5表示窜辊量、y=6表示弯辊力、y=7表示倾辊量；

b13）利用出口板厚分布机理模型计算出实际轧制工艺参数为ψ_ky及来料区间内平均凸度曲线函数为f_j＝(X)时，宽度为B、钢种代码为SG的带材的出口断面厚度分布值h_i，i为带材在横向的条元号，i＝1,2,…,n，n为带材总的条元数；

b14）利用计算所得出口断面厚度分布值h_i拟合当前断面凸度曲线函数f_c(X),X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值；

b15）计算当前断面凸度值CROWN和楔形量值WEDGE，凸度值计算模型为CROWN=fc(0)-fc(B/2-40)+fc(-B/2+40)2,]]>楔形量计算模型为其中f_c(0)表示带钢中心厚度，f_c(B/2-40)表示距带钢一端40mm处厚度，f_c(-B/2+40)表示距带钢另一端40mm处厚度；

b16）利用可视化软件的动态显示功能，将当前断面凸度曲线函数f_c(X)动态显示出来，同时显示凸度值CROWN、楔形量值WEDGE，及对应钢卷信息；

b17)判断不等式ξ＜0是否成立？如果不等式成立，则结束断面特性显示，虚拟板形仪停止工作；如果不等式不成立，则COILNO1＝COILNO，转入步骤b7），直到不等式ξ＜0成立为止；

（c）断面特性闭环反馈控制功能的实现，包括以下可由计算机执行的步骤：

c1）收集2#轧机出口的目标比例凸度曲线系数a_ε，其中，ε=0,1,2,3,4；

c2）分别确定断面特性反馈过程中1#和2#机架中弯辊力的单步最小调整系数φ₁、φ₂；

c3）分别确定断面特性反馈过程中1#和2#机架中倾辊量的单步最小调整系数

c4）确定断面特性反馈的周期τ_f,该周期与安装虚拟凸度仪的计算机的主频、容量相关，并且必须保证τ_f是τ_s的整数倍以及在该周期内可以完成次的板厚分布计算；

c5）定义轧制时刻过程参数t₀、虚拟凸度仪断面特性反馈次数过程参数M；

c6）接收操作指令，判断是否开始轧制？ξ=1表示开始轧制、ξ=-1表示停止轧制。如果已经开始轧制，记录下当前的标准北京时间t，并令t₀＝t，转入步骤c7）；如果没有开始轧制，则进入等待状态；

c7）给定初始钢卷号COILNO1＝0；

c8）从冷连轧机组的三级系统中收集来料钢卷基本信息，包括卷号COILNO、钢种代码SG、带材宽度B、来料厚度h₀、末架轧机出口厚度h_s；

c9）判断不等式|COILNO1-COILNO|>0是否成立？如果成立，则令j=0、L_j＝0，并读取来料钢卷号为COILNO的断面特性数据，转入步骤c10；如果不等式|COILNO1-COILNO|>0不成立，直接转入步骤c10；

c10）收集当前时刻第一机架入口所轧带钢长度L^*；

c11）判断不等式L^*≥L_j是否成立？若成立，则转如步骤c12；否则，转入步骤c13；

c12）提取并计算来料卷在[L_j，L_j+1]长度区间内的平均凸度曲线函数f_Mj(X)。其中L_j+1＝L_j+L₀；X表示在带钢宽度方向建立一维坐标系，宽度方向的中心为坐标原点时，带钢宽度方向各点在坐标系中的对应数值；

c13）通过轧机数据采集系统收集1#、2#轧机从t₀到t₀+τ_f时刻的实际轧制工艺参数ψ_k′yMr；下标k′代表前两架轧机的机架号，k′=1,2；下标r表示t₀到t₀+τ_f时刻内所收集的各类实际轧制工艺参数按照时间先后顺序的编号，r=1,2,…,m，m表示在t₀到t₀+τ_f时刻内所收集的特定类型的轧制工艺参数的个数，

c14）引入参数剔除过程变量数组{α_k′r}，并将{α_k′r}用下式来表示：

{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′架轧机在t₀+rτ_s时刻的剔除变量，下标k′代表前两架轧机的机架号，k′=1,2；

c15）将{α_k′r}根据数值的大小按照从大到小即降序排序，并定义排序工作数组{n_l l=1,2,…,m}使该数组满足不等式其中n_l代表{α_k′r}按照数值降序排序后的第l个剔除变量所对应的按照时间顺序排序的编号，l代表{α_k′r}按照数值降序排序后的大小序号；

c16）给定剔除比例系数χ，一般地，χ=0~50%；

c17）在t₀到t₀+τ_f时刻内所采集的实际轧制工艺参数中剔除掉χ比例的数据，然后对剩下的(1-χ)数据进行平均，得到t₀到t₀+τ_f时刻内用于反馈计算的特征轧制工艺参数ψ_k′yM（y=1,2,3,4），及特征来料厚度h_0M，其表达式分别为其中m₁表示t₀到t₀+τ_f时刻内剔除的实际轧制参数的个数，m₁=int(χ·m)，m₂表示t₀到t₀+τ_f时刻内保留未剔除的实际轧制参数的个数，m₂=m-m₁；

c18）根据t₀到t₀+τ_f时刻内特征轧制工艺参数，分别确定当前反馈周期内1#、2#机架中弯辊力的反馈值S_1M、S_2M，倾辊量反馈值η_1M、η_2M，窜辊量的反馈值δ_1M、δ_2M；

c19）将t₀到t₀+τ_f时刻内窜辊量的反馈值δ_k′M、弯辊力的反馈值S_k′M、倾辊量的反馈值η_k′M发送到冷连轧机组的一级系统，分别对当前1#、2#轧机的窜辊量、弯辊力、倾辊量进行重新设定；

c20）判断不等式ξ＜0是否成立？如果不等式成立，则结束断面特性反馈，虚拟凸度仪的断面特性反馈系统停止工作，转入c6；如果不等式不成立，则令M=M+1，t₀＝t₀+τ_f，转入步骤c8，直到不等式ξ＜0成立为止。

2.根据权利要求1所述的四辊冷连轧机组基于机理模型的虚拟凸度仪设定方法，其特征是：步骤c18）采用以下由计算机执行的步骤来完成：

c18-1）定义目标函数初始值F₀，并令F₀=10¹⁰；

c18-2）根据目标比例凸度曲线系数a_ε计算出2#轧机出口相应的目标比例凸度分布值基本公式为：式中x_i为计算过程所用条元的相对坐标，i为带钢条元号；

c18-3）令δ_k′M=(L_wk′-B-150)/2；

c18-4）令倾辊量η_k′＝0；

c18-5）定义弯辊力过程参数θ，并令θ＝0；

c18-6）令1#机架中弯辊力2#机架中弯辊力S2=-S2max-+θφ2(S2max-+S2max+);]]>

c18-7）利用出口板厚分布机理模型计算出特征轧制工艺参数为ψ_k′yM（y=1,2,3,4）、特征来料厚度为h_0M，且窜辊量为δ_k′M、倾辊量为η_k′、弯辊力为S_k′、来料区间内平均凸度曲线函数为f_Mj(X)时，宽度为B、钢种代码为SG的带材，在第2架轧机的出口断面厚度分布值h_Mi和带材前张力横向分布值σ_1Mi，i为带材在横向的条元号，i＝1,2,…,n，n为带材总的条元数；

c18-8）计算第2架轧机出口带材的最大残余应力σ_Mmax，基本计算模型为：σMmax=max{|σ1Mi-Σi=1nσ1Min|};]]>

c18-9）计算当前第2架轧机出口带材发生板形失稳的临界残余应力σ_Mcr，基本计算模型为：其中，k_cr为带材发生板形失稳的临界应力系数，E、υ为带钢材料的弹性模量和泊松比，B为带材宽度，h^*为第2架轧机出口处带材厚度；

c18-10）计算第2架轧机出口带材的实际比例凸度分布值

c18-11）计算实际比例凸度分布值与目标比例凸度分布值的偏差，其函数表达式为F=Σi=1n(Ci*-CMi)2;]]>

c18-12）判断不等式组σMmax<σMcrF<F0]]>是否成立？如果不等式成立，则令F₀＝F、S_1M=S₁、S_2M=S₂、θ=θ+1，转入步骤c18-13；否则，令θ=θ+1，转入步骤c18-13；

c18-13）判断不等式组θφ1≤1.0θφ2≤1.0]]>是否成立？如果不等式成立，则转入步骤c18-6，重复步骤c18-6至c18-13，直到以上不等式组不再成立为止；否则，转入步骤c18-14；

c18-14)定义倾辊量过程参数λ，并令λ＝0，F₀＝10¹⁰；

c18-15)令1#机架中轧辊倾斜量2#机架中轧辊倾斜量

c18-16)利用出口板厚分布机理模型计算出特征轧制工艺参数为ψ_k′yM(y＝1，2，3，4)、特征来料厚度为h_0M，且窜辊量为δ_k′M、弯辊力为S_k′M、倾辊量η_k′、来料区间内平均凸度曲线函数为f_Mj(X)时，宽度为B、钢种代码为SG的带材，在第二架轧机的出口断面厚度分布值C_Mi和带材前张力横向分布值σ_1Mi；

c18-17)计算第2架轧机出口带材的最大残余应力σ_Mmax，基本计算模型为：σMmax=max{σ1Mi-Σi=1nσ1Min};]]>

c18-18)计算当前第2架轧机出口带材发生板形失稳的临界残余应力σ_Mcr，基本计算模型为：σMcr=kcrπ2E12(1+υ)(h*B)2;]]>

c18-19)计算第2架轧机出口带材的实际比例凸度分布值

c18-20)计算目标断面特性(即目标板凸度分布)与实际凸度分布的偏差，其函数表达式为

c18-21)判断不等式σMmax<σMcrF<F0]]>是否成立？如果不等式成立，则令F₀＝F、η_1M＝η₁、η_2M＝η₂、λ＝λ+1，转入步骤c18-22；否则，令λ＝λ+1，转入步骤c18-22；

c18-22)判断不等式组是否成立？如果不等式成立，则转入步骤c18-15，重复步骤c18-15至c18-22，直到以上不等式组不再成立为止；否则，转入步骤c19。