專利名稱：五機架ucm冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法
技術領域：
本發明涉及一種冷連軋生產工藝技術，特別涉及一種基于機理模型的五機架六輥UCM機型的冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法。
背景技術：
五機架六輥UCM機型的冷連軋機組的生產工藝及設備布置如圖1所示，帶材1從開卷機2卷出后送至機架，經過五個機架的軋制，帶材1達到規定的厚度并被送至卷取機3回卷。每個機架的軋輥包括工作輥4和中間輥5以及支撐輥6，工作輥與帶材表面直接接觸。為了控制板形與板凸度(見圖2)，在軋制過程中，1-5機架具有工作輥彎輥、中間輥彎輥和中間輥竄動等部分的板形與板凸度控制手段。
對于五機架六輥UCM機型的冷連軋機而言，其板形與板凸度控制參數主要包括1-5機架工作輥與中間輥彎輥以及中間輥竄動等十五個部分。由于上游機架的出口板形與斷面形狀就是下游機架的入口板形與入口斷面形狀，因此機組的成品板形與板凸度實際上是冷連軋機五個機架十五個部分的板形與板凸度控制參數綜合作用的結果。以往現場在生產過程中，對于五機架六輥UCM冷連軋機組十五個部分的板形與板凸度控制參數的設定通常采用的是各個機架單獨設定的方法，這樣不但不容易充分發揮所有控制手段的潛力而且容易出現五個機架十五個部分板形與板凸度控制手段的作用相互抵消，削弱了控制效果，甚至有可能在所有控制手段綜合作用后出現新的附加局部浪形，影響成品的質量。
發明內容
為了克服現有技術存在的不足，本發明提供一種五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，該方法充分結合五機架UCM冷連軋機組的設備與生產工藝特點，將板形控制參數分成以控制板凸度為主的靜態參數(該參數設定完畢之后在鋼卷的軋制過程中就不變了，其主要包括1-5機架工作輥的竄動量)與以控制板形為主的動態參數(該參數設定完畢之后是可以由操作工或者系統根據實際板形情況進行微調，主要包括1-5機架的工作輥與中間輥的彎輥力)兩種，在引入綜合竄輥系數與綜合彎輥系數兩個參數的基礎上，將板形與板凸度參數的控制過程分解成粗搜索與精搜索兩個部分，在滿足工程上對板形與板凸度參數的實際設定精度要求的前提下，對板形與板凸度進行在線控制。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是這種五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，包括以下步驟 (a)收集五機架六輥UCM機型冷連軋機組的設備參數，主要包括1-5機架工作輥直徑Dwk；1-5機架中間輥直徑Dmk；1-5機架支撐輥直徑Dbk；1-5機架工作輥與中間輥以及支撐輥輥型分布值ΔDwki、ΔDmki、ΔDbki；1-5機架工作輥輥身長度Lwk；1-5機架中間輥輥身長度Lmk；1-5機架支撐輥輥身長度Lbk；1-5機架工作輥壓下螺絲中心距lwk；1-5機架中間輥壓下螺絲中心距lmk；1-5機架支撐輥壓下螺絲中心距lbk；1-5機架中間輥許用最大竄動量δk max；1-5機架工作輥與中間輥的最大與最小彎輥力Skw max+、Skw max-、Skm max+、Skm max-；設備允許輥間壓力均勻度系數η0。
(b)收集待控制板形與板凸度的帶材關鍵軋制工藝參數，主要包括帶材來料的厚度橫向分布值Hi；來料板形的橫向分布值Li；帶材的寬度B；1-5機架帶材平均后張力T0k；1-5機架平均前張力T1k；1-5機架壓下量延伸率設定值εk。
(c)對相關板形與板凸度控制參數進行粗搜索，包括以下步驟 c1)定義初始目標值F0，并將F0賦一個非常大的值，如令F0＝1010。同時，給定工程上所允許的板形與板凸度綜合控制目標函數最大值Fmax。引入綜合竄輥系數λ1與綜合彎輥系數λ2兩個變量； c2)給定綜合彎輥系數的初始值λ′2＝10； c3)令λ2＝λ′2，同時定義中間變量k1，并令k1＝0； c4)給定搜索步長Δδ＝10mm，令λ1＝k1、δk＝10λ1； c5)計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η； c6)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1、λ2作為最優值，結束計算； c7)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1＝k1+1，轉入步驟c8。如果不成立，則令k1＝k1+1，直接轉入步驟c8； c8)判斷不等式δk≤δk max(其中，δk max為第k機架設備與工藝所允許的中間輥最大竄動量)是否成立，如果成立，則轉入步驟c4；否則，令轉入步驟c9； c9)定義中間變量k2，并令k2＝0； c10)給定搜索步長(其中，Swk max+與Smk max+分別為第k機架工作輥與中間輥設備所允許最大彎輥力)，令λ2＝k2； c11)計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η； c12)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1、λ2作為最優值，結束計算； c13)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2＝k2+1，轉入步驟c14。如果不成立，則令k2＝k2+1，直接轉入步驟c14； c14)判斷不等式k2≤20是否成立，如果成立，則轉入步驟c10；否則，令轉入步驟c15； c15)判斷不等式|λ2-λ′2|＜0.05是否成立，如果成立則轉入步驟c16；否則令λ′2＝λ2，轉入步驟c3； c16)輸出λ1、λ2的值，作為粗搜索結果，完成粗搜索過程。
(d)對相關板形與板凸度參數進行精搜索，包括以下步驟 d1)令機架參數k＝1； d2)定義各個機架的中間輥竄輥系數λ1k與各個機架中間輥與工作輥的彎輥系數λ2wk、λ2mk，定義中間變量k1k，并令k1k＝0； d3)給定搜索步長Δδ＝5mm，令λ1k＝k1k、δk＝10λ1-20+5λ1k； d4)令λ1k+1＝λ1k+2＝…＝λ15＝λ1、λ2w1＝λ2w2＝λ2w3＝λ2w4＝λ2w5＝λ2，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2。計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η，轉入步驟d5； d5)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ11、λ12、λ13、λ14、λ15、λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟d6； d6)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1k＝k1k+1，轉入步驟d7。如果不成立，則令k1k＝k1k+1，直接轉入步驟d7； d7)判斷不等式k1k≤8與δk≤δk max是否同時成立，如果成立，則轉入步驟d3；否則，令完成δk的精搜索過程； d8)令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟d2)；否則，轉入步驟d9； d9)令機架參數k＝1； d10)定義中間變量k2wk，并令k2wk＝0； d11)給定搜索步長令λ2wk＝k2wk、 d12)令λ2wk+1＝λ2wk+2＝…＝λ2w5＝λ2，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2。計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η，轉入步驟d13； d13)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟d14； d14)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2wk＝k2wk+1，轉入步驟d15。如果不成立，則令k2wk＝k2wk+1，直接轉入步驟d15； d15)判斷不等式k2wk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟d11；否則，令完成Swk的精搜索過程； d16)令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟d10)；否則，轉入步驟d17； d17)令機架參數k＝1； d18)定義中間變量k2mk，并令k2mk＝0； d19)給定搜索步長令λ2mk＝k2mk、 d20)令λ2mk+1＝λ2mk+2＝…＝λ2m5＝λ2，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η，轉入步驟d21； d21)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟d22； d22)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2mk＝k2mk+1，轉入步驟d23。如果不成立，則令k2mk＝k2mk+1，直接轉入步驟d23； d23)判斷不等式k2mk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟d19；否則，令完成Smk的精搜索過程； d24)令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟d18)；否則，轉入步驟d25； d25)輸出λ1k、λ2wk、λ2mk，結束整個精搜索過程。
(e)根據λ1k、λ2wk、λ2mk計算出相應的冷連軋機組1-5機架中間輥的竄動量δk以及工作輥與中間輥彎輥力Swk，Smk，并在機組上實現板形與板凸度的在線控制。
在步驟c1中，考慮到對于UCM機型的冷連軋機組而言，盡管中間輥的竄動可以有效的改善板形與邊部減薄，提高產品板凸度的控制精度，但是隨著中間輥竄動量的增加，輥間壓力橫向分布的不均勻程度也隨之增加，輥耗也增加。在實際生產過程中，現場為了提高板形與板凸度的控制精度，防止附加浪形與局部高點的產生，希望各個機架軋輥磨損差異不能太大，而不希望軋輥的磨損集中在某一機架。這樣，與之對應就希望五機架六輥UCM冷連軋機組1-5機架中間輥的竄動量能夠盡可能的保持一致，為此可以引入一個綜合竄輥系數λ1，使得 δk＝λ1Δδ 式中 Δδ-中間輥的最小竄動步長。
在步驟c1中，為了充分發揮各個部分的彎輥對板形與板凸度的控制能力，現場希望各個部分彎輥力的相對余量均勻而不希望在設定過程中出現某個部分彎輥力偏高甚至滿負荷運行而另外幾個部分的彎輥力則較小，這樣不但影響彎輥缸的使用壽命而且也使得偏高部分彎輥力沒有調節的余地。基于這一控制思想，可以引入一個綜合彎輥系數λ2，使得 式中 Swk max-、Smk max--第k機架工作輥與中間輥設備所允許最小彎輥力； Δswk、Δsmk-第k機架工作輥與中間輥最小彎輥調節步長。
在步驟c5中，所述輥間壓力均勻程度系數η可以定義為 η＝max{η1，η2，…，ηk，…，η5} 式中 η-機組整體輥間壓力均勻程度系數； ηk-第k機架的輥間壓力均勻程度系數； nmw-工作輥與中間輥輥縫接觸部分條元數； nmb-中間輥與支撐輥輥縫接觸部分條元數。
在步驟c5中，所述板形與板凸度綜合控制目標函數F(X)可以定義為 式中 α-加權系數； η0-設備所允許的最大輥間壓力均勻度系數。
在步驟d2中，各個機架的中間輥竄輥系數λ1k與竄輥量的關系如下 δk＝λ1kΔδ 在步驟d2中，各個機架中間輥與工作輥的彎輥系數λ2wk、λ2mk與彎輥之間的關系如下 本發明的有益效果該發明結合五機架六輥UCM機型的冷連軋機組設備與工藝特點，以充分發揮出機組所有板形與板凸度控制手段的潛力為前提，在首次提出了一個板形與板凸度綜合控制目標函數的基礎上，同時兼顧到盡量降低軋輥輥耗問題，給出一套適合于五機架六輥UCM機型的冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，并開發出了相應的工程實用計算策略，首次實現了利用機理模型對冷連軋機的板形與板凸度在線適時控制。
圖1是五機架六輥UCM機型的冷連軋機組的生產工藝及設備布置示意圖； 圖2是UCM軋機板形控制手段示意圖； 圖3是基于機理模型的五機架六輥UCM冷連軋機組板形與板凸度在線控制簡要總流程圖； 圖4-a、圖4-b是基于機理模型的五機架六輥UCM冷連軋機組板形與板凸度在線控制粗搜索計算流程圖； 圖5-a、圖5-b、圖5-c是基于機理模型的五機架六輥UCM冷連軋機組板形與板凸度在線控制精搜索計算流程圖； 圖6-a、圖6-b、圖6-c、圖6-d是基于機理模型的五機架六輥UCM冷連軋機組板形與板凸度在線控制詳細總流程圖。
具體實施例方式 以下借助附圖描述本發明的較佳實施例 實施例1 圖6是按照本發明的雙UCM平整機組基于機理模型的板形參數在線設定總流程圖。現以來料牌號為SPCC、規格為0.17mm×1200mm帶鋼為例，借助于圖6來描述特定鋼種與規格的帶鋼在特定五機架六輥UCM機型冷連軋機組上的基于機理模型的板形與板凸度參數控制過程以及相關效果。
首先，在步驟1中，收集五機架六輥UCM機型冷連軋機組的設備參數，主要包括1-5機架工作輥直徑Dwk＝480mm；1-5機架中間輥直徑Dmk＝460mm；1-5機架支撐輥直徑Dbk＝1200mm；1-5機架工作輥與中間輥以及支撐輥輥型分布值ΔDwki＝0、ΔDmki＝0、ΔDbki＝0；1-5機架工作輥輥身長度Lwk＝1550mm；1-5機架中間輥輥身長度Lmk＝1550mm；1-5機架支撐輥輥身長度Lbk＝1550mm；1-5機架工作輥壓下螺絲中心距lwk＝2550mm；1-5機架中間輥壓下螺絲中心距lmk＝2550mm；1-5機架支撐輥壓下螺絲中心距lbk＝2550mm；1-5機架中間輥許用最大竄動量1-5機架工作輥與中間輥的最大與最小彎輥力設備允許輥間壓力均勻度系數η0＝0.25； 隨后，在步驟2中，收集待控制板形與板凸度的帶材關鍵軋制工藝參數，主要包括帶材來料的凸度橫向分布值{ΔHi}＝{0，1.73，3.45，4.24，5.67，7.48，7.98，8.61，8.89，9.33，9.78，9.92，9.93，10.9，10.96，10.90，11，10.99，10.96，10.9，10.83，10.72，10.58，10.13，9.8，9.41，8.90，8.28，6.62，5.54，4.25，3.75，0}；來料板形認為良好，其橫向分布值Li＝0；帶材的寬度B＝1.2m；1-5機架帶材平均后張力T01＝49Mpa、T02＝176Mpa、T03＝176Mpa、T04＝176Mpa、T05＝176Mpa；1-5機架平均前張力T11＝176Mpa、T12＝176Mpa、T13＝176Mpa、T14＝176Mpa、T15＝49Mpa；1-5機架壓下量延伸率設定值εk＝{0.34，0.32，0.27，0.26，0.09}； 隨后，在步驟3中，給定板形與板凸度綜合控制目標函數的初始設定值F0＝1.0×1010，給定工程上所允許的板形與板凸度綜合控制目標函數最大值Fmax＝0.05，引入綜合竄輥系數λ1與綜合彎輥系數λ2兩個變量，使得δk＝λ1Δδ， 隨后，在步驟4中，給定綜合彎輥系數的初始值λ′2＝10； 隨后，在步驟5中，令λ2＝λ′2＝10，同時定義中間變量k1，并令k1＝0； 隨后，在步驟6中，給定搜索步長Δδ＝10mm，令λ1＝k1、δk＝10λ1； 隨后，在步驟7中，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.69以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.42； 隨后，在步驟8中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1＝0、λ2＝10作為最優值，結束計算； 隨后，在步驟9中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1＝k1+1，轉入步驟10。如果不成立，則令k1＝k1+1，直接轉入步驟10； 隨后，在步驟10中，判斷不等式是否成立，如果成立，則轉入步驟6；否則，令轉入步驟11； 隨后，在步驟11中，定義中間變量k2，并令k2＝0； 隨后，在步驟12中，給定搜索步長令λ2＝k2； 隨后，在步驟13中，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.42以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.31； 隨后，在步驟14中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1、λ2作為最優值，結束計算； 隨后，在步驟15中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2＝k2+1，轉入步驟16。如果不成立，則令k2＝k2+1，直接轉入步驟16； 隨后，在步驟16中，判斷不等式k2≤20是否成立，如果成立，則轉入步驟12；否則，令轉入步驟17； 隨后，在步驟17中，判斷不等式|λ2-λ′2|＜0.05是否成立，如果成立則轉入步驟18；否則令λ′2＝λ2，轉入步驟5； 隨后，在步驟18中，輸出λ1＝10、λ2＝12的值，作為粗搜索結果，完成粗搜索過程； 隨后，在步驟19中，令機架參數k＝1； 隨后，在步驟20中，定義各個機架的中間輥竄輥系數λ1k與各個機架中間輥與工作輥的彎輥系數λ2wk、λ2mk，定義中間變量k1k，并令k1k＝0； 隨后，在步驟21中，給定搜索步長Δδ＝5mm，令λ1k＝k1k、δk＝10λ1-20+5λ1k＝80+5λ1k； 隨后，在步驟22中，令λ1k+1＝λ1k+2＝…＝λ15＝λ1＝10、λ2w1＝λ2w2＝λ2w3＝λ2w4＝λ2w5＝λ2＝12，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2＝12。計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.33以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.21，轉入步驟23； 隨后，在步驟23中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ11、λ12、λ13、λ14、λ15、λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟24； 隨后，在步驟24中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1k＝k1k+1，轉入步驟25。如果不成立，則令k1k＝k1k+1，直接轉入步驟25； 隨后，在步驟25中，判斷不等式k1k≤8與δk≤δk max是否同時成立，如果成立，則轉入步驟21；否則，令完成δk的精搜索過程； 隨后，在步驟26中，令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟20；否則，轉入步驟27； 隨后，在步驟27中，令機架參數k＝1； 隨后，在步驟28中，定義中間變量k2wk，并令k2wk＝0； 隨后，在步驟29中，給定搜索步長令λ2wk＝k2wk、 隨后，在步驟30中，令λ2wk+1＝λ2wk+2＝…＝λ2w5＝λ2＝12，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2＝12。計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.32以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.18，轉入步驟31； 隨后，在步驟31中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟32； 隨后，在步驟32中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2wk＝k2wk+1，轉入步驟33。如果不成立，則令k2wk＝k2wk+1，直接轉入步驟33； 隨后，在步驟33中，判斷不等式k2wk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟29；否則，令完成Swk的精搜索過程； 隨后，在步驟34中，令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟28；否則，轉入步驟35； 隨后，在步驟35中，令機架參數k＝1； 隨后，在步驟36中，定義中間變量k2mk，并令k2mk＝0； 隨后，在步驟37中，給定搜索步長令λ2mk＝k2mk、 隨后，在步驟38中，令λ2mk+1＝λ2mk+2＝…＝λ2m5＝λ2＝12，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.26以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.18，轉入步驟39； 隨后，在步驟39中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟40； 隨后，在步驟40中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2mk＝k2mk+1，轉入步驟41。如果不成立，則令k2mk＝k2mk+1，直接轉入步驟41； 隨后，在步驟41中，判斷不等式k2mk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟37；否則，令完成Smk的精搜索過程； 隨后，在步驟42中，令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟36；否則，轉入步驟43； 隨后，在步驟43中，輸出λ1k＝{6，2，4，1，2}、λ2wk＝{7，9，8，6，5}、λ2mk＝{10，9，6，5，9}，結束整個精搜索過程； 隨后，在步驟44中，根據λ1k＝{6，2，4，1，2}、λ2wk＝{7，9，8，6，5}、λ2mk＝{10，9，6，5，9}計算出相應的冷連軋機組1-5機架中間輥的竄動量δk＝{110，90，100，85，90}以及工作輥與中間輥彎輥力Swk＝{125，175，150，100，75}、Smk＝{160，140，80，60，140}，并在機組上實現板形與板凸度的在線控制。
最后，為了方便比較，首先，如表1所示分別列出采用本發明所述基于機理模型的板形與板凸度綜合控制方法所得出的板形與板凸度控制參數計算結果與采用傳統優化方法所計算出的板形與板凸度控制參數計算結果。然后，如表2所示，分別列出采用本發明所述基于機理模型的板形與板凸度綜合控制方法與采用傳統方法所得出的板形與板凸度綜合控制目標函數的對比情況。
表1 本發明所述方法與傳統優化法計算結果
表2 本發明所述方法與傳統優化法所得出的板形與板凸度目標函數及輥間壓力均勻程度系數對比
通過表2可以看出，采用本發明所述方法與傳統優化法相比，板形與板凸度綜合控制目標函數從0.25下降到0.12，下降了52％。這說明采用本發明所述板形與板凸度綜合控制方法之后，板形與板凸度的控制精度大大提高。與此同時，通過表2還可以看出，采用本發明所述方法與傳統優化法相比，輥間壓力不均勻度系數從0.26降低到0.08，下降了69.2％，從而大大的降低了軋輥的輥耗。
實施例2 為了進一步闡述本發明的基本思想，現以來料牌號為SPCD、規格為0.21mm×1750mm的帶鋼為例，借助于圖6來描述特定鋼種與規格的帶鋼在特定五機架六輥UCM機型冷連軋機組上的基于機理模型的板形與板凸度參數控制過程以及相關效果。
首先，在步驟1中，收集五機架六輥UCM機型冷連軋機組的設備參數，主要包括1-5機架工作輥直徑Dwk＝520mm；1-5機架中間輥直徑Dmk＝400mm；1-5機架支撐輥直徑Dbk＝1100mm；1-5機架工作輥與中間輥以及支撐輥輥型分布值ΔDwki＝0、ΔDmki＝0、ΔDbki＝0；1-5機架工作輥輥身長度Lwk＝2050mm；1-5機架中間輥輥身長度Lmk＝2050mm；1-5機架支撐輥輥身長度Lbk＝2050mm；1-5機架工作輥壓下螺絲中心距lwk＝2950mm；1-5機架中間輥壓下螺絲中心距lmk＝2950mm；1-5機架支撐輥壓下螺絲中心距lbk＝2950mm；1-5機架中間輥許用最大竄動量1-5機架工作輥與中間輥的最大與最小彎輥力設備允許輥間壓力均勻度系數η0＝0.2； 隨后，在步驟2中，收集待控制板形與板凸度的帶材關鍵軋制工藝參數，主要包括帶材來料的凸度橫向分布值{ΔHi}＝{0，1.84，3.56，4.38，6.43，7.26，7.67，8.52，8.78，9.25，9.67，9.81，9.89，9.92，9.95，9.91，10，9.98，9.95，9.98，9.87，9.71，9.59，9.15，8.89，8.42，7.89，7.29，5.67，4.57，3.27，2.66，0}；來料板形認為良好，其橫向分布值Li＝0；帶材的寬度B＝1.75m；1-5機架帶材平均后張力T01＝49Mpa、T02＝150Mpa、T03＝150Mpa、T04＝150Mpa、T05＝150Mpa；1-5機架平均前張力T11＝150Mpa、T12＝150Mpa、T13＝150Mpa、T14＝150Mpa、T15＝68Mpa；1-5機架壓下量延伸率設定值εk＝{0.35，0.31，0.28，0.25，0.13}； 隨后，在步驟3中，給定板形與板凸度綜合控制目標函數的初始設定值F0＝1.0×1010，給定工程上所允許的板形與板凸度綜合控制目標函數最大值Fmax＝0.05，引入綜合竄輥系數λ1與綜合彎輥系數λ2兩個變量，使得δk＝λ1Δδ， 隨后，在步驟4中，給定綜合彎輥系數的初始值λ′2＝10； 隨后，在步驟5中，令λ2＝λ′2＝10，同時定義中間變量k1，并令k1＝0； 隨后，在步驟6中，給定搜索步長Δδ＝10mm，令λ1＝k1、δk＝10λ1； 隨后，在步驟7中，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.75以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.28； 隨后，在步驟8中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1＝0、λ2＝10作為最優值，結束計算； 隨后，在步驟9中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1＝k1+1，轉入步驟10。如果不成立，則令k1＝k1+1，直接轉入步驟10； 隨后，在步驟10中，判斷不等式是否成立，如果成立，則轉入步驟6；否則，令轉入步驟11； 隨后，在步驟11中，定義中間變量k2，并令k2＝0； 隨后，在步驟12中，給定搜索步長令λ2＝k2； 隨后，在步驟13中，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.38以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.27； 隨后，在步驟14中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1、λ2作為最優值，結束計算； 隨后，在步驟15中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2＝k2+1，轉入步驟16。如果不成立，則令k2＝k2+1，直接轉入步驟16； 隨后，在步驟16中，判斷不等式k2≤20是否成立，如果成立，則轉入步驟12；否則，令轉入步驟17； 隨后，在步驟17中，判斷不等式|λ2-λ′2|＜0.05是否成立，如果成立則轉入步驟18；否則令λ′2＝λ2，轉入步驟5； 隨后，在步驟18中，輸出λ1＝12、λ2＝10的值，作為粗搜索結果，完成粗搜索過程； 隨后，在步驟19中，令機架參數k＝1； 隨后，在步驟20中，定義各個機架的中間輥竄輥系數λ1k與各個機架中間輥與工作輥的彎輥系數λ2wk、λ2mk，定義中間變量k1k，并令k1k＝0； 隨后，在步驟21中，給定搜索步長Δδ＝5mm，令λ1k＝k1k、δk＝10λ1-20+5λ1k＝100+5λ1k； 隨后，在步驟22中，令λ1k+1＝λ1k+2＝…＝λ15＝λ1＝12、λ2w1＝λ2w2＝λ2w3＝λ2w4＝λ2w5＝λ2＝10，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2＝10。計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.31以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.19，轉入步驟23； 隨后，在步驟23中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ11、λ12、λ13、λ14、λ15、λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟24； 隨后，在步驟24中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1k＝k1k+1，轉入步驟25。如果不成立，則令k1k＝k1k+1，直接轉入步驟25； 隨后，在步驟25中，判斷不等式k1k≤8與δk≤δk max是否同時成立，如果成立，則轉入步驟21；否則，令完成δk的精搜索過程； 隨后，在步驟26中，令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟20；否則，轉入步驟27； 隨后，在步驟27中，令機架參數k＝1； 隨后，在步驟28中，定義中間變量k2wk，并令k2wk＝0； 隨后，在步驟29中，給定搜索步長令λ2wk＝k2wk、 隨后，在步驟30中，令λ2wk+1＝λ2wk+2＝…＝λ2w5＝λ2＝10，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2＝10。計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.27以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.16，轉入步驟31； 隨后，在步驟31中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟32； 隨后，在步驟32中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2wk＝k2wk+1，轉入步驟33。如果不成立，則令k2wk＝k2wk+1，直接轉入步驟33； 隨后，在步驟33中，判斷不等式k2wk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟29；否則，令完成Swk的精搜索過程； 隨后，在步驟34中，令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟28；否則，轉入步驟35； 隨后，在步驟35中，令機架參數k＝1； 隨后，在步驟36中，定義中間變量k2mk，并令k2mk＝0； 隨后，在步驟37中，給定搜索步長令λ2mk＝k2mk、 隨后，在步驟38中，令λ2mk+1＝λ2mk+2＝…＝λ2m5＝λ2＝12，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)＝0.22以及輥間壓力均勻程度系數η＝0.14，轉入步驟39； 隨后，在步驟39中，判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟40； 隨后，在步驟40中，判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2mk＝k2mk+1，轉入步驟41。如果不成立，則令k2mk＝k2mk+1，直接轉入步驟41； 隨后，在步驟41中，判斷不等式k2mk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟37；否則，令完成Smk的精搜索過程； 隨后，在步驟42中，令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟36；否則，轉入步驟43； 隨后，在步驟43中，輸出λ1k＝{5，3，2，3，1}、λ2wk＝{6，8，7，5，6}、λ2mk＝{9，8，7，10，8}，結束整個精搜索過程； 隨后，在步驟44中，根據λ1k＝{5，3，2，3，1}、λ2wk＝{6，8，7，5，6}、λ2mk＝{9，8，7，10，8}計算出相應的冷連軋機組1-5機架中間輥的竄動量δk＝{125，115，110，115，105}以及工作輥與中間輥彎輥力Swk＝{0，60，30，-30，0}、Smk＝{45，30，15，60，30}，并在機組上實現板形與板凸度的在線控制。
最后，為了方便比較，首先，如表3所示分別列出采用本發明所述基于機理模型的板形與板凸度綜合控制方法所得出的板形與板凸度控制參數計算結果與采用傳統優化方法所計算出的板形與板凸度控制參數計算結果。然后，如表4所示，分別列出采用本發明所述基于機理模型的板形與板凸度綜合控制方法與采用傳統方法所得出的板形與板凸度綜合控制目標函數的對比情況。
表3 本發明所述方法與傳統優化法計算結果
表4 本發明所述方法與傳統優化法所得出的板形與板凸度目標函數及輥間壓力均勻程度系數對比
通過表4可以看出，采用本發明所述方法與傳統優化法相比，板形與板凸度綜合控制目標函數從0.28下降到0.08，下降了71.4％。這說明采用本發明所述板形與板凸度綜合控制方法之后，板形與板凸度的控制精度大大提高。與此同時，通過表4還可以看出，采用本發明所述方法與傳統優化法相比，輥間壓力不均勻度系數從0.31降低到0.12，下降了61.3％，從而大大的降低了軋輥的輥耗。
權利要求
1.一種五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是包括以下步驟
(a)收集五機架六輥UCM機型冷連軋機組的設備參數；
(b)收集待控制板形與板凸度的帶材關鍵軋制工藝參數；
(c)對相關板形與板凸度控制參數進行粗搜索；
(d)對相關板形與板凸度參數進行精搜索；
(f)計算出冷連軋機組1-5機架中間輥的竄動量以及工作輥與中間輥彎輥力并在機組上實現板形與板凸度的在線控制。
2.根據權利要求1所述的五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是步驟(a)中所述五機架六輥UCM機型冷連軋機組的設備參數包括
1-5機架工作輥直徑Dwk；
1-5機架中間輥直徑Dmk；
1-5機架支撐輥直徑Dbk；
1-5機架工作輥與中間輥以及支撐輥輥型分布值ΔDwki、ΔDmki、ΔDbki；
1-5機架工作輥輥身長度Lwk；
1-5機架中間輥輥身長度Lmk；
1-5機架支撐輥輥身長度Lbk；
1-5機架工作輥壓下螺絲中心距lwk；
1-5機架中間輥壓下螺絲中心距lmk；
1-5機架支撐輥壓下螺絲中心距lbk；
1-5機架中間輥許用最大竄動量δkmax；
1-5機架工作輥與中間輥的最大與最小彎輥力Skw max+、Skw max-、Skw max+、Skw max-；
允許輥間壓力均勻度系數η0。
3.根據權利要求1所述的五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是步驟(b)中所述帶材關鍵軋制工藝參數包括
帶材來料的厚度橫向分布值Hi；
來料板形的橫向分布值Li；
帶材的寬度B；
1-5機架帶材平均后張力T0k；
1-5機架平均前張力T1k；
1-5機架壓下量延伸率設定值εk。
4.根據權利要求1所述的五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是步驟(c)中所述相關板形與板凸度控制參數粗搜索過程包括
c1)定義初始目標值F0，并將F0賦一個非常大的值，如令F0＝1010；同時，給定工程上所允許的板形與板凸度綜合控制目標函數最大值Fmax；引入綜合竄輥系數λ1與綜合彎輥系數λ2兩個變量；
c2)給定綜合彎輥系數的初始值λ′2＝0.5；
c3)令λ2＝λ′2，同時定義中間變量k1，并令k1＝0；
c4)給定搜索步長Δδ＝10mm，令λ1＝k1、δk＝10λ1；
c5)計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η；
c6)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1、λ2作為最優值，結束計算；
c7)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1＝k1+1，轉入步驟c8。如果不成立，則令k1＝k1+1，直接轉入步驟c8；
c8)判斷不等式δk≤δk max(其中，δk max為第k機架設備與工藝所允許的中間輥最大竄動量)是否成立，如果成立，則轉入步驟c4；否則，令轉入步驟c9；
c9)定義中間變量k2，并令k2＝0；
c10)給定搜索步長(其中，Swk max+與Smk max+分別為第k機架工作輥與中間輥設備所允許最大彎輥力)，令λ2＝k2；
c11)計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η；
c12)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ1、λ2作為最優值，結束計算；
c13)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2＝k2+1，轉入步驟c14；如果不成立，則令k2＝k2+1，直接轉入步驟c14；
c14)判斷不等式k2≤20是否成立，如果成立，則轉入步驟c10；否則，令轉入步驟c15；
c15)判斷不等式|λ2-λ′2|＜0.05是否成立，如果成立則轉入步驟c16；否則令λ′2＝λ2，轉入步驟c3；
c16)輸出λ1、λ2的值，作為粗搜索結果，完成粗搜索過程。
5.根據權利要求1所述的五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是步驟(d)中所述相關板形與板凸度參數精搜索的計算過程包括
d1)令機架參數k＝1；
d2)定義各個機架的中間輥竄輥系數λ1k與各個機架中間輥與工作輥的彎輥系數λ2wk、λ2mk，定義中間變量k1k，并令k1k＝0；
d3)給定搜索步長Δδ＝5mm，令λ1k＝k1k、δk＝10λ1-20+5λ1k；
d4)令λ1k+1＝λ1k+2＝…＝λ15＝λ1、λ2w1＝λ2w2＝λ2w3＝λ2w4＝λ2w5＝λ2，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2；計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η，轉入步驟d5；
d5)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ11、λ12、λ13、λ14、λ15、λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟d6；
d6)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k1k＝k1k+1，轉入步驟d7。如果不成立，則令k1k＝k1k+1，直接轉入步驟d7；
d7)判斷不等式k1k≤8與δk≤δk max是否同時成立，如果成立，則轉入步驟d3；否則，令完成δk的精搜索過程；
d8)令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟d2)；否則，轉入步驟d9；
d9)令機架參數k＝1；
d10)定義中間變量k2wk，并令k2wk＝0；
d11)給定搜索步長令λ2wk＝k2wk、
d12)令λ2wk+1＝λ2wk+2＝…＝λ2w5＝λ2，λ2m1＝λ2m2＝λ2m3＝λ2m4＝λ2m5＝λ2；計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η，轉入步驟d13；
d13)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2w1、λ2w2、λ2w3、λ2w4、λ2w5、λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟d14；
d14)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2wk＝k2wk+1，轉入步驟d15。如果不成立，則令k2wk＝k2wk+1，直接轉入步驟d15；
d15)判斷不等式k2wk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟d11；否則，令完成Swk的精搜索過程；
d16)令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟d10)；否則，轉入步驟d17；
d17)令機架參數k＝1；
d18)定義中間變量k2mk，并令k2mk＝0；
d19)給定搜索步長令λ2mk＝k2mk、
d20)令λ2mk+1＝λ2mk+2＝…＝λ2m5＝λ2，計算出當前狀態下的板形與板凸度綜合控制目標函數的具體數值F1＝F(X)以及輥間壓力均勻程度系數η，轉入步驟d21；
d21)判斷不等式是否同時成立？若成立，直接輸出當前λ2m1、λ2m2、λ2m3、λ2m4、λ2m5作為最優值，結束計算，否則轉入步驟d22；
d22)判斷不等式是否同時成立？如果成立，則令F0＝F1，k2mk＝k2mk+1，轉入步驟d23；如果不成立，則令k2mk＝k2mk+1，直接轉入步驟d23；
d23)判斷不等式k2mk≤12與是否同時成立，如果成立，則轉入步驟d19；否則，令完成Smk的精搜索過程；
d24)令k＝k+1，判斷不等式k≤5是否成立，如果成立，則轉入步驟d18)；否則，轉入步驟d25；
d25)輸出λ1k、λ2wk、λ2mk結束整個精搜索過程。
6.根據權利要求1或3所述的五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是為了五機架六輥UCM冷連軋機組1-5機架中間輥的竄動量能夠盡可能的保持一致，引入一個綜合竄輥系數λ1，使得δk＝λ1Δδ
式中
Δδ為中間輥的最小竄動步長；
同時，在步驟c1中，為了充分發揮各個部分的彎輥對板形與板凸度的控制能力，引入一個綜合彎輥系數λ2，使得
式中
Swk max-、Smk max--第k機架工作輥與中間輥設備所允許最小彎輥力；
Δswk、Δsmk-第k機架工作輥與中間輥最小彎輥調節步長。
7.根據權利要求1或3所述的五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是在步驟c5中，所述輥間壓力均勻程度系數η定義為
η＝max{η1，η2，…，ηk，…，η5}
式中
η-機組整體輥間壓力均勻程度系數；
ηk-第k機架的輥間壓力均勻程度系數；
nmw-工作輥與中間輥輥縫接觸部分條元數；
nmb-中間輥與支撐輥輥縫接觸部分條元數。
同時，在步驟c5中，所述板形與板凸度綜合控制目標函數F(X)定義為
式中
α-加權系數；
η0-設備所允許的最大輥間壓力均勻度系數。
8.根據權利要求1或4所述的五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是在步驟d2中，各個機架的中間輥竄輥系數λ1k與竄輥量的關系如下
δk＝λ1kΔδ
在步驟d2中，各個機架中間輥與工作輥的彎輥系數λ2wk、λ2mk與彎輥之間的關系如下
全文摘要
本發明公開一種五機架UCM冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法，其特征是a.收集五機架六輥UCM機型冷連軋機組的設備參數；b.收集待控制板形與板凸度的帶材關鍵軋制工藝參數；c.對相關板形與板凸度控制參數進行粗搜索；d.對相關板形與板凸度參數進行精搜索；f.計算出冷連軋機組1-5機架中間輥的竄動量以及工作輥與中間輥彎輥力并在機組上實現板形與板凸度的在線控制。本發明在首次提出了一個板形與板凸度綜合控制目標函數的基礎上，同時兼顧到盡量降低軋輥輥耗問題，給出一套適合于五機架六輥UCM機型的冷連軋機組板形與板凸度在線綜合控制方法。并開發出了相應的工程實用計算策略，首次實現了利用機理模型對冷連軋機的板形與板凸度在線適時控制。
文檔編號B21B37/42GK101602067SQ20081005461
公開日2009年12月16日 申請日期2008年3月8日 優先權日2008年3月8日
發明者白振華, 周蓮蓮, 李欣偉 申請人:燕山大學