[发明专利]一种带钢连轧过程的数字孪生模型构建方法

权利要求书

1.一种带钢连轧过程的数字孪生模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：根据状态空间描述法建立带钢连轧过程模型；

S2：通过对轧制过程的基本方程和数学模型进行推导，有弹跳方程、秒流量方程、套量方程、温降模型、轧制力模型、前滑模型，得出带钢连轧过程中的带钢厚度、张力、活套角度之间的关系表达式；将非线性方程展开成Taylor级数，取其一次项，对非线性方程进行线性化处理；

S3：采用一阶惯性环节表述带钢连轧控制过程中的输入量轧机辊缝S、轧辊转速V、活套电机力矩M的设备驱动；

S4：将S2和S3建立的带钢厚度、张力、活套角度、带钢温度以及输入量的表达式根据S1确定的各向量组成写入状态方程中；

S5：根据实际的设备参数和轧制规程，计算上述公式中需要的偏微分系数，组成状态空间模型的系数矩阵A、B、C、D，建立起与轧制规程对应的状态空间模型。

2.如权利要求1所述的带钢连轧过程的数字孪生模型构建方法，其特征在于：所述S1的具体过程，包括以下步骤：

根据状态空间描述法表述的系统的模型如式(1)所示：

其中，x为状态向量；为状态向量的一阶导数；u为输入向量；y为输出向量；d为干扰向量；A，B，C，D是系数矩阵；根据实际连轧过程控制需求，选择连轧过程的各变量组成状态向量、输入向量、输出向量和干扰向量。

3.如权利要求1所述的带钢连轧过程的数字孪生模型构建方法，其特征在于：所述S1的具体过程，包括以下步骤：所述S2的具体过程，包括以下步骤：

S2.1：带钢在轧机出口厚度的表达式建立过程：轧制过程的弹跳方程，如式(2)所示，

其中，h_out,i为第i机架带钢的出口厚度，F_i为第i机架轧制力，S_i为第i机架辊缝，M_m,i为第i机架轧机刚度；

S2.2：由轧制力模型的西姆斯轧制力，如式(3)所示，将其进行Taylor展开并取一次项，得到线性化后的轧制力公式，如式(4)所示；

ΔF_i＝α_1iΔh_in,i+a_2iΔh_out,i+α_3iΔσ_in,i+α_4iΔσ_out,i+α_5iΔk_f,i (4)

式中：

其中，F表示轧制力；h_out表示带钢在机架处的出口厚度；h_in表示带钢在机架处的入口厚度；σ_out表示出口张力；σ_in表示入口张力以及带钢变形抗力k_f；Q_P表示考虑变形区内应力状态的影响系数，R'表示轧辊弹性压扁半径，m_in表示入口张力状态影响系数，m_out表示出口张力状态影响系数；

S2.3：根据变形抗力的志田茂模型,如式(5)所示：进行Taylor展开并取一次项，得到线性化后的变形抗力公式，如式(6)所示：

Δk_f,i＝γ_1iΔT_i+γ_2iΔω_i+γ_3iΔh_in,i+γ_4iΔh_out,i (6)

其中，变形抗力k_f与带钢出口厚度h_out、入口厚度h_in、带钢温度T以及轧辊旋转角速度ω相关；其中，m,n为带钢变形程度对变形抗力的影响指数，ε为相对变形程度，t⁰为轧件温度,为相变临界温度，ρ_c为碳含量；

S2.4：根据式(2)、式(4)、式(6)得到带钢的出口厚度表达式，如(7)所示：