CN106483845A - 一种改善矫直机力能参数预报的方法及系统 - Google Patents

一种改善矫直机力能参数预报的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明一种改善矫直机力能参数预报的方法和系统，该方法的步骤为：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；根据梁弯曲积分理论，计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；根据计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；根据压下位移与实际压下位置的误差，利用优化算法调整修正反弯曲率和矫直入口倾斜角，使误差逼近至小于设定的目标值；根据计算结果判断是否存在由于矫直辊抬起而与带钢不接触的情况,如有未接触情况，删除未接触矫直辊，改变矫直辊数量，重新计算，否则计算结束，输出结果，该方法和系统可使矫直辊参数提高到95％的预报精度。

Description

一种改善矫直机力能参数预报的方法及系统
技术领域
本发明属中厚板生产线矫直处理领域，特别涉及一种改善矫直机力能参数预报的方法及系统。
背景技术
矫直机是布置在中厚板轧制线上，用于消除钢板在轧制过程中出现的单面和双面浪形弯曲，提高钢板不平度精度，消除残余应力的关键设备。
随着国内轧钢技术的不断发展，控冷控轧技术的应用，对被矫直钢板宽度、厚度、平直度以及钢材屈服极限的要求不断提高，对矫直机的性能要求也越来越高。中厚板生产已经从单纯产量的竞争，发展到产品质量和规格品种的竞争上。对矫直设备在承载能力、刚度、功能、矫直质量和自动化程度等各方面都提出了更高的要求，矫直理论研究也更加深入，涉及到结构参数、力能参数和工艺参数等三个方面，由于矫直工序的主要作用是改善板形，提高板材质量。因此，目前对矫直理论主要集中在矫直方案、辊系结构、曲率分布、残余应力、弯辊及压下工艺等对矫直质量的影响及规律等方面的研究。整体理论也是从曲率的研究开始的，在以往的研究中，曲率解析大致分为实验法、基于梁弯曲的理论方法、有限元法以及曲率积分法四类。
实验法是指在矫直理论尚不成熟阶段时在小型矫直实验机上展开大量实验，将矫直效果好的数据保留下来并进行数据回归处理，从而得到经验公式。这种方法的应用主要是以日本学者为代表，实验法得到的公式一般比较简单，能够一定程度地描述曲率和压下量之间的关系，对矫直生产中进行力能参数验证具有一定的意义，但是模型受到实验条件的限制，从而使得其应用范围得不到推广。此外，公式的系数选择也依赖经验，这些条件对于精确分析曲率分布是不利的。
基于梁弯曲的理论方法主要是国内崔甫将板材当作简支梁，并将板材的弹复挠度和残留挠度之和作为其压弯挠度，用解析法求解弹复挠度，以残余曲率为自变量的挠度函数求解残留挠度。他认为在辊式矫直机上两个简支点为零弯矩点，因此各辊处的压下量可近似地按该辊处的压弯挠度与其前后相邻二辊压弯挠度之半相加来计算。黄雨华等采用与崔甫类似的方法，将相邻两辊之间的零弯矩点作为虚拟支点并结合传统矫直理论推导出一些新的曲率和压下量的计算公式。周存龙等和金满霞根据梁的弹塑性弯曲理论，推导了板材的弹复挠度和残余挠度，得到了反弯挠度的简化计算公式。这些研究方法的假设使计算模型简单、快速，但与实际的矫直过程有一定的偏差。
有限元法是随着计算机硬件和软件的升级以及有限元技术的发展，越来越多的研究者利用有限元软件直接建立带钢或板材的矫直模型进行模拟，从后处理中得到矫直过程中板材的反弯和残余应力场以及矫直力的分布，某些有限元结果与现场数据吻合得比较好。要得到精确的结果需要进行大量的数据模拟计算，而在仿真的过程中会浪费大量资源，如果试图基于这种方法研究矫直原理并进行量化曲率等参数，则后续对结果数据的回归处理比较繁琐，因此不适合工程应用，但是可以作为验证理论模型的虚拟实验手段。
考虑了以上三种方法后，发现都存在局限性，经过分析后，曲率积分法是目前研究板材矫直过程的有效方法，其特点是考虑了板材与矫直辊的接触角与矫直过程中板材的反弯曲率的相互影响，目前的研究大都是对曲率积分模型进行迭代循环的求解，求解过程中如果出现不收敛的情况，则修正所给定的初始值，但是这种修正原则不好确定，同时，还存在接触角和压下量两次迭代循环，增加了迭代收敛的难度。
为了解决现有技术存在的问题，CN102455662公开了一种热轧板带矫直机矫直参数优化设定方法，该方法实现了矫直参数的半自动预设功能，为操作人员提供统一的矫直参数设定值，提高矫直机的操作水平、矫直质量和生成效率，但是该现有技术仍没有解决存在接触角和压下量两次迭代循环，增加迭代收敛难度的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种改善矫直机力能参数预报的方法，该方法能够解决目前的控制效果不高的问题。
本发明具体技术方案如下：
本发明一方面提供一种改善矫直机力能参数预报的方法，该方法包括如下步骤：
S1：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；
S2：计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；
S3：根据步骤S2计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；
S4：计算压下位移与实际压下位移的误差，并与误差阈值范围进行比较，如果误差不在误差阈值范围内，则进行步骤S5，如果误差在误差阈值范围内，则进行步骤S6；
S5：调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，重复步骤S2～S4；
S6：判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，则进行步骤S7，如不存在未接触情况，则进行步骤S8；
S7：删除未接触矫直辊，改变矫直辊数，重复步骤S2～S6；
S8：计算结束，输出结果。
进一步的改进，通过公式一计算出各矫直辊的矫直力
其中，s_f(i)为第i辊的矫直力，l(i)为第i辊的矫直辊中心距，M(i-1)、M(i)、M(i+1)分别为第i-1、i和i+1辊的弯矩。
进一步的改进，步骤S2计算出各矫直辊的矫直力具体包括以下几个步骤：
S21：初始化首辊入口的倾斜角、残余曲率、残余应力及第i辊的反弯曲率，i为2-N辊，N为总矫直辊数；
S22：从第二辊开始，按照步骤P1-P2计算出各矫直辊的应力、应变、弯矩、残余曲率和残余应力；
P1：根据初始化第i辊的反弯曲率，及第i-1的残余曲率和残余应力，计算带钢在第i辊下沿厚度方向分层的各层应力、应变和弯矩；
σ＝ε·E+σ0；
M＝σ·y标·Δy；
其中，ε为应变，y标为厚度方向坐标，ρx为曲率半径，Aw为反弯曲率，σ为弹性应力，E为弹性模量，σ0为残余应力，M为弯矩，Δy为单元长度；
P2：根据P1步骤计算得到的各层弯矩求和，得到第i辊下弯矩M(i)和第i辊下的残余曲率Ac(i)和残余应力σ0(i)；
M(i)＝∑(σ·y·Δy)；
Ac(i)＝Aw-Af；
σ0(i)＝σ-Af·E·y标；
其中，Af为弹复曲率，I为截面惯性距；
S23：根据公式一计算各矫直辊下的矫直力。
进一步的改进，第i辊的压下位移是通过公式二计算得到的，具体步骤为：等间距划分矫直辊间曲率半径ρx，求出对应弯矩M(x)，根据弯矩线性分布，求出对于x位置，曲率半径对x积分得到倾斜角θ，倾斜角θ对x积分得到矫直辊间各压下位移，记为ω(x)，
其中，θ(x)＝∫ρxdx+θ0，ρx为曲率半径，θ0为初始化矫直入口倾斜角，利用求解，Mt为弹性极限弯矩，ρ0为残余曲率半径，At为弹性极限曲率，根据M(x)在辊间线性分布可以求出ρx对于的x位置，离散积分可求ω(x)。
进一步的改进，实际压下位移是通过公式三计算得到的：
其中，
y_real(i)为第i辊的实际压下位移；
Redu(i)为第i架的压下量；
s_f(i)为第i辊的矫直力；
Bounce_Coef为轧辊的刚度系数；
Yframe(i)为第i辊的轧机弹跳位移。
第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)是通过如下步骤计算得到的：
S31：根据力矩平衡，计算前后机架牌坊的受力；
S32：前后机架牌坊的受力除以机架刚度得到牌坊位置处的位移；
S33：线性插值得到第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)。
进一步的改进，步骤S4通过LM算法求解方程，具体步骤如下：
S41：设定初始输入反弯曲率Aw有N-1个，并计算N-1各矫直辊的压下位移与实际压下位移误差y误，建立位移协调方程，从第2～N辊，共N-1个输出；即输入视为Aw1，......，Awn-1；输出视为y1，......，ym，m为1～N-1，其中，ym＝y_real(m)-ω(m)，y误为y1～ym的平方和；
S42：分别求输入和输出的导数，组合成Jacobian行列式，再分别求输入和输出的二次导数，组合成海塞矩阵；
S43：根据LM爬坡算法引入阻尼系数λ，求解混合海塞矩阵，计算下一步长Awnext坐标，并计算Awnext坐标处的误差y误next；
S44：将y误next与当前误差y误相比，如果y误next＞y误，不保存y误next，增加阻尼系数λ，并进行步骤S5；如果y误next＜y误，保存y误next，减少阻尼系数，并进行步骤S43，直到误差y误next小于y误，进行步骤S6。
进一步的改进，步骤S6判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况是通过如下方法进行判断的；判断各辊矫直力输出结果是否为负，如果存在矫直力为负数的，则判断由于该矫直辊抬起而与板材有未接触情况，如果不存在矫直力为负数的，则判断由于该矫直辊抬起与板材没有未接触情况。
本发明另一方面提供一种改善矫直机力能参数预报的系统，该系统包括服务器和与服务器相通讯的数据库，数据库用于储存误差阈值范围；服务器用于根据各矫直辊的压下位移与实际压下位移的误差是否在误差阈值范围，并结合判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况来优化各矫直辊的矫直力和压下位移的输出结果。
进一步的改进，本发明提供的服务器包括矫直辊参数设定模块、第一计算模块、第二计算模块、比较模块、初始化参数调整模块、判断模块、矫直辊数调整模块和输出模块；矫直辊参数设定模块用于为操作人员提供设定矫直辊参数的界面，矫直辊参数包括反弯曲率、矫直入口倾斜角、残余曲率、残余应力和矫直辊数；第一计算模块用于根据设定的矫直辊参数计算各矫直辊的压下位移和矫直力；第二计算模块用于根据各矫直辊的矫直力和轧机机架刚度及轧机弹跳位移，计算实际压下位移；比较模块用于计算各矫直辊的压下位移与实际压下位移的误差，并与数据库内存储的误差阈值范围进行比对，如果误差不在误差阈值范围内，向初始化参数调整模块发送调整反弯曲率和矫直入口倾斜角的指令，如果误差在误差阈值范围内，向判断模块发送判断指令；调整模块用于调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，并向第一计算模块发送重新计算的指令；判断模块用于判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，向矫直辊数调整模块发送删除未接触矫直辊和改变矫直辊数量的指令；如不存在未接触情况，向输出模块发送输出结果指令；矫直辊数调整模块用于改变矫直辊数量，并向第一计算模块发送重新计算的指令；输出模块用于输出各矫直辊参数。
本发明的有益效果是：
本发明提供的改善矫直机力能参数预报的方法和系统不存在接触角和压下量两次迭代循环，增降低了迭代收敛的难度；并且该方法和系统通过计算机系统可以准确预报矫直过程的矫直力、压下位移等参数，为了验证预报准确效果，在某4300mm厚板厂预矫直机实验对比，较比传统方法提高到95％的预报精度。
附图说明
图1为实施例1改善矫直机力能参数预报的方法的流程图；
图2为实施例2改善矫直机力能参数预报的方法的流程图；
图3为实施例4改善矫直机力能参数预报的方法的流程图；
图4为实施例5改善矫直机力能参数预报的系统的结构图；
图5为实施例6服务器的工作原理图。
具体实施方式
实施例1
一种改善矫直机力能参数预报的方法，如图1所示，该方法包括如下步骤：
S1：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；
S2：计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；
S3：根据步骤S2计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；
S4：计算压下位移与实际压下位移的误差，并与误差阈值范围进行比较，如果误差不在误差阈值范围内，则进行步骤S5，如果误差在误差阈值范围内，则进行步骤S6；
S5：调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，重复步骤S2～S4；
S6：判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，则进行步骤S7，如不存在未接触情况，则进行步骤S8；
S7：删除未接触矫直辊，改变矫直辊数，重复步骤S2～S6；
S8：计算结束，输出结果。
其中，初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数是通过板材包括带钢等输出参数设定的，矫直入口倾斜角包括矫直入口倾斜角和矫直出口倾斜角。
步骤S1中具体的初始化过程如下：在矫直过程中，矫直辊数为奇数。带钢矫直过程中，第一辊下弯矩为0，初始反弯曲率已知；第二辊为上辊，带钢向上弯矩，设为正弯，反弯曲率为正，以此标准，则偶数辊下为正弯，反弯曲率为正；奇数辊下为负弯，反弯曲率为负，最后一辊弯矩为0，反弯曲率为倒数第二辊残余曲率；因此，初始反弯曲率从第2～N-1辊N为总矫直辊数，偶数辊为1，奇数辊为-1；矫直入口倾斜角初始为0.01向下为正，初始参数个数为N-1。
步骤S3中，由于矫直机机架刚度以及矫直辊刚度难以实际测量，在理论计算时，当矫直力较大时，轧机由于刚度原因导致实际压下位移与设定值有较大差别，需要根据实际情况修正，多辊矫直机矫直辊数较多，通过大塑性变形方法矫直，矫直力较大，且前后机架牌坊距离较长，机架弹性变形主要集中在牌坊的立柱上，牌坊立柱的变形属于机架整体变形。
本发明提供的方法，通过对初始的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数进行初步的限定，计算出矫直辊压下位移、矫直力和矫直辊实际压下位移，并将压下位移与实际压下位移的误差与误差阈值范围进行对比，当落在误差阈值范围内时，将判断是否存在由于矫直辊抬起而与带钢不接触的情况，如有未接触情况，删除未接触矫直辊，改变矫直辊数量，重新计算，否则计算结束，输出结果。根据此优化算法，可以根据机架刚度修正不同厚度分档下矫直力预报精度，且从理论上输出各矫直辊下的矫直力和压下位移等参数，为矫直负荷平衡分配提供参数准备。
实施例2
一种改善矫直机力能参数预报的方法，该方法与实施例1的区别在于，如图2所示，步骤S2计算出各矫直辊的矫直力具体包括以下几个步骤：
S21：初始化首辊入口的倾斜角、残余曲率、残余应力及第i辊的反弯曲率，i为2-N辊，N为总矫直辊数；
S22：从第二辊开始，按照步骤P1-P2计算出各矫直辊的应力、应变、弯矩、残余曲率和残余应力；
P1：根据初始化第i辊的反弯曲率，及第i-1的残余曲率和残余应力，计算带钢在第i辊下沿厚度方向分层的各层应力、应变和弯矩；
σ＝ε·E+σ0；
M＝σ·y标·Δy；
其中，ε为应变，y标为厚度方向坐标，ρx为曲率半径，Aw为反弯曲率，σ为弹性应力，E为弹性模量，σ0为残余应力，M为弯矩，Δy为单元长度；
P2：根据P1步骤计算得到的各层弯矩求和，得到第i辊下弯矩M(i)和第i辊下的残余曲率Ac(i)和残余应力σ0(i)；
M(i)＝∑(σ·y·Δy)；
Ac(i)＝Aw-Af；
σ0(i)＝σ-Af·E·y标；
其中，Af为弹复曲率，I为截面惯性距；
S23：根据公式一计算各矫直辊下的矫直力，
其中，s_f(i)为第i辊的矫直力，l(i)为第i辊的矫直辊中心距，M(i-1)、M(i)、M(i+1)分别为第i-1、i和i+1辊的弯矩。
如图2所示，第i辊的压下位移是通过公式二计算得到的，具体步骤为：等间距划分矫直辊间曲率半径ρx，求出对应弯矩M(x)，根据弯矩线性分布，求出对于x位置，曲率半径对x积分得到倾斜角θ，倾斜角θ对x积分得到矫直辊间各压下位移，记为ω(x)，
其中，θ(x)＝∫ρxdx+θ0，ρx为曲率半径，θ0为初始化矫直入口倾斜角，利用求解，Mt为弹性极限弯矩，ρ0为残余曲率半径，At为弹性极限曲率，根据M(x)在辊间线性分布可以求出ρx对于的x位置，离散积分可求ω(x)。
本发明进一步基于梁弯曲积分理方法计算压下位移和矫直力，提高了压下位移和矫直力计算的精确度，提高参数预报的效率。
实施例3
一种改善矫直机力能参数预报的方法，该方法与实施例2不同的是，实际压下位移是通过公式三计算得到的：
其中，
y_real(i)为第i辊的实际压下位移；
Redu(i)为第i架的压下量；
s_f(i)为第i辊的矫直力；
Bounce_Coef为轧辊的刚度系数；
Yframe(i)为第i辊的轧机弹跳位移
第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)是通过如下步骤计算得到的：
S31：根据力矩平衡，计算前后机架牌坊的受力；
S32：前后机架牌坊的受力除以机架刚度得到牌坊位置处的位移；
S33：线性插值得到第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)。
考虑轧机机架刚度和矫直辊刚度导致的弹跳位移，修正实际压下位置。由于矫直机机架刚度以及矫直辊刚度难以实际测量，在理论计算时，当矫直力较大时，轧机由于刚度原因导致实际压下位移与设定值有较大差别，需要根据实际情况修正，经过修正后的实际压下位移，可以提高整个矫直辊参数预报的准确性。
实施例4
一种改善矫直机力能参数预报的方法，该方法与实施例3不同的是，如图3所示，步骤S4通过LM算法求解方程，具体步骤如下：
S41：设定初始输入反弯曲率Aw有N-1个，并计算N-1各矫直辊的压下位移与实际压下位移误差y误，建立位移协调方程，从第2～N辊，共N-1个输出；即输入视为Aw1，......，Awn-1；输出视为y1，......，ym，m为1～N-1，其中，ym＝y_real(m)-ω(m)，y误为y1～ym的平方和；
S42：分别求输入和输出的导数，组合成Jacobian行列式，再分别求输入和输出的二次导数，组合成海塞矩阵；
S43：根据LM爬坡算法引入阻尼系数λ，求解混合海塞矩阵，计算下一步长Awnext坐标，并计算Awnext坐标处的误差y误next；
S44：将y误next与当前误差y误相比，如果y误next＞y误，不保存y误next，增加阻尼系数λ，并进行步骤S5；如果y误next＜y误，保存y误next，减少阻尼系数，并进行步骤S43，直到误差y误next小于y误，进行步骤S6，优选地，y误选自0-1e-10。
通过以上方法可以准确地判断出压下位移与实际压下位移的误差是否在误差范围内，并且是否接近最小误差，进而提高整个判断过程的准确地和判断效率。
进一步的改进，步骤S6判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况是通过如下方法进行判断的；判断各辊矫直力输出结果是否为负，如果存在矫直力为负数的，则判断由于该矫直辊抬起而与板材有未接触情况，如果不存在矫直力为负数的，则判断由于该矫直辊抬起与板材没有未接触情况。
判断各辊矫直力输出结果是否为负数，负数说明矫直辊对带钢产生拉力，不符合实际，实际是此矫直辊与带钢不接触，且之后的矫直辊在倾斜压下的机械结构下也不可能与带钢产生接触。
删除矫直辊出现负数之后的所有矫直辊，保留剩下的辊数，重新计算新的矫直参数，并再次判断接触情况，递归计算，直至保证所有矫直力均为正数。
通过接触判断，拓宽了程序的计算范围，在大的倾动量下也能合理计算。即使设定倾动量不大，当在矫直厚板过程中，由于矫直力很大，而本身压下设定较小，在尾部一些轧辊也可能出现不接触情况，通过非接触分析也可合理计算。
实施例5
一种改善矫直机力能参数预报的系统，如图4所示，该系统包括服务器1和与服务器1相通讯的数据库2，数据库2用于储存误差阈值范围；服务器1用于根据各矫直辊的压下位移与实际压下位移的误差是否在误差阈值范围，并结合判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况来优化各矫直辊的矫直力和压下位移的输出结果。
本发明提供的改善矫直机力能参数预报的系统不存在接触角和压下量两次迭代循环，增降低了迭代收敛的难度；并且该统通过计算机系统可以准确预报矫直过程的矫直力、压下位移等参数，为了验证预报准确效果，在某4300mm厚板厂预矫直机实验对比，较比传统系统提高到95％的预报精度。
实施例6
一种改善矫直机力能参数预报的系统，该系统与实施例5不同的是，如图5所示，
服务器1包括矫直辊参数设定模块11、第一计算模块12、第二计算模块13、比较模块14、初始化参数调整模块15、判断模块16、矫直辊数调整模块17和输出模块18；矫直辊参数设定模块11用于为操作人员提供设定矫直辊参数的界面，矫直辊参数包括反弯曲率、矫直入口倾斜角、残余曲率、残余应力和矫直辊数；第一计算模块12用于根据设定的矫直辊参数计算各矫直辊的压下位移和矫直力；第二计算模块13用于根据各矫直辊的矫直力和轧机机架刚度及轧机弹跳位移，计算实际压下位移；比较模块14用于计算各矫直辊的压下位移与实际压下位移的误差，并与数据库2内存储的误差阈值范围进行比对，如果误差不在误差阈值范围内，向初始化参数调整模块15发送调整反弯曲率和矫直入口倾斜角的指令，如果误差在误差阈值范围内，向判断模块16发送判断指令；调整模块用于调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，并向第一计算模块12发送重新计算的指令；判断模块16用于判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，向矫直辊数调整模块17发送删除未接触矫直辊和改变矫直辊数量的指令；如不存在未接触情况，向输出模块18发送输出结果指令；矫直辊数调整模块17用于改变矫直辊数量，并向第一计算模块12发送重新计算的指令；输出模块18用于输出各矫直辊参数。
该系统主要的工作流程为：
初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；
根据梁弯曲积分理论，计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；
根据步骤S2计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；
根据压下位移与实际压下位置的误差，利用优化算法调整修正反弯曲率和矫直入口倾斜角，使误差逼近至小于设定的目标值；
S5：根据计算结果判断是否存在由于矫直辊抬起而与带钢不接触的情况,如有未接触情况，删除未接触矫直辊，改变矫直辊数量，重新计算，否则计算结束，输出结果。
根据此系统，可以根据机架刚度修正不同厚度分档下矫直力预报精度，且从理论上输出各矫直辊下的矫直力和扭矩，为矫直负荷平衡分配提供参数准备。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：初始化各矫直辊的反弯曲率、矫直入口倾斜角和矫直辊数；
S2：计算出各矫直辊的压下位移和矫直力；
S3：根据步骤S2计算得到的各矫直辊的矫直力以及轧辊的刚度和轧机弹跳位移，计算实际压下位移；
S4：计算压下位移与实际压下位移的误差，并与误差阈值范围进行比较，如果误差不在误差阈值范围内，则进行步骤S5，如果误差在误差阈值范围内，则进行步骤S6；
S5：调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，重复步骤S2～S4；
S6：判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，则进行步骤S7，如不存在未接触情况，则进行步骤S8；
S7：删除未接触矫直辊，改变矫直辊数，重复步骤S2～S6；
S8：计算结束，输出结果。
2.如权利要求1所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，通过公式一计算出各矫直辊的矫直力
其中，s_f(i)为第i辊的矫直力，l(i)为第i辊的矫直辊中心距，M(i-1)、M(i)、M(i+1)分别为第i-1、i和i+1辊的弯矩。
3.如权利要求2所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，步骤S2所述计算出各矫直辊的矫直力具体包括以下几个步骤：
S21：初始化首辊入口的倾斜角、残余曲率、残余应力及第i辊的反弯曲率，i为2-N辊，N为总矫直辊数；
S22：从第二辊开始，按照步骤P1-P2计算出各矫直辊的应力、应变、弯矩、残余曲率和残余应力；
P1：根据初始化第i辊的反弯曲率，及第i-1的残余曲率和残余应力，计算带钢在第i辊下沿厚度方向分层的各层应力、应变和弯矩；
σ＝ε·E+σ0；
M＝σ·y标·Δy；
其中，ε为应变，y标为厚度方向坐标，ρx为曲率半径，Aw为反弯曲率，σ为弹性应力，E为弹性模量，σ0为残余应力，M为弯矩，Δy为单元长度；
P2：根据P1步骤计算得到的各层弯矩求和，得到第i辊下弯矩M(i)和第i辊下的残余曲率Ac(i)和残余应力σ0(i)；
M(i)＝∑(σ·y·Δy)；
Ac(i)＝Aw-Af；
A f = M ( i ) E · I ;
σ0(i)＝σ-Af·E·y标；
其中，Af为弹复曲率，I为截面惯性距；
S23：根据公式一计算各矫直辊下的矫直力。
4.如权利要求3所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述第i辊的压下位移是通过公式二计算得到的，具体步骤为：等间距划分矫直辊间曲率半径ρx，求出对应弯矩M(x)，根据弯矩线性分布，求出对于x位置，曲率半径对x积分得到倾斜角θ，倾斜角θ对x积分得到矫直辊间各压下位移，记为ω(x)，
ω(x)＝∫θ(x)dx
公式二
其中，θ(x)＝∫ρxdx+θ0，ρx为曲率半径，θ0为初始化矫直入口倾斜角，利用求解，Mt为弹性极限弯矩，ρ0为残余曲率半径，At为弹性极限曲率，根据M(x)在辊间线性分布可以求出ρx对于的x位置，离散积分可求ω(x)。
5.如权利要求4所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述实际压下位移是通过公式三计算得到的：
其中，
y_real(i)为第i辊的实际压下位移；
Redu(i)为第i架的压下量；
s_f(i)为第i辊的矫直力；
Bounce_Coef为轧辊的刚度系数；
Yframe(i)为第i辊的轧机弹跳位移。
6.如权利要求5所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，所述第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)是通过如下步骤计算得到的：
S31：根据力矩平衡，计算前后机架牌坊的受力；
S32：前后机架牌坊的受力除以机架刚度得到牌坊位置处的位移；
S33：线性插值得到第i辊的轧机弹跳位移Yframe(i)。
7.如权利要求6所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，步骤S4通过LM算法求解方程，具体步骤如下：
S41：设定初始输入反弯曲率Aw有N-1个，并计算N-1各矫直辊的压下位移与实际压下位移误差y误，建立位移协调方程，从第2～N辊，共N-1个输出；即输入视为Aw1，......，Awn-1；输出视为y1，......，ym，m为1～N-1，其中，ym＝y_real(m)-ω(m)，y误为y1～ym的平方和；
S42：分别求输入和输出的导数，组合成Jacobian行列式，再分别求输入和输出的二次导数，组合成海塞矩阵；
S43：根据LM爬坡算法引入阻尼系数λ，求解混合海塞矩阵，计算下一步长Awnext坐标，并计算Awnext坐标处的误差y误next；
S44：将y误next与当前误差y误相比，如果y误next＞y误，不保存y误next，增加阻尼系数λ，并进行步骤S5；如果y误next＜y误，保存y误next，减少阻尼系数，并进行步骤S43，直到误差y误next小于y误，进行步骤S6。
8.如权利要求7所述的改善矫直机力能参数预报的方法，其特征在于，步骤S6所述判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况是通过如下方法进行判断的；判断各辊矫直力输出结果是否为负，如果存在矫直力为负数的，则判断由于该矫直辊抬起而与板材有未接触情况，如果不存在矫直力为负数的，则判断由于该矫直辊抬起与板材没有未接触情况。
9.一种改善矫直机力能参数预报的系统，其特征在于，所述系统包括服务器(1)和与服务器(1)相通讯的数据库(2)，所述数据库(2)用于储存误差阈值范围；所述服务器(1)用于根据各矫直辊的压下位移与实际压下位移的误差是否在误差阈值范围，并结合判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况来优化各矫直辊的矫直力和压下位移的输出结果。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述服务器(1)包括矫直辊参数设定模块(11)、第一计算模块(12)、第二计算模块(13)、比较模块(14)、初始化参数调整模块(15)、判断模块(16)、矫直辊数调整模块(17)和输出模块(18)；所述矫直辊参数设定模块(11)用于为操作人员提供设定矫直辊参数的界面，所述矫直辊参数包括反弯曲率、矫直入口倾斜角、残余曲率、残余应力和矫直辊数；所述第一计算模块(12)用于根据设定的矫直辊参数计算各矫直辊的压下位移和矫直力；所述第二计算模块(13)用于根据各矫直辊的矫直力和轧机机架刚度及轧机弹跳位移，计算实际压下位移；所述比较模块(14)用于计算各矫直辊的压下位移与实际压下位移的误差，并与数据库(2)内存储的误差阈值范围进行比对，如果误差不在误差阈值范围内，向初始化参数调整模块(15)发送调整反弯曲率和矫直入口倾斜角的指令，如果误差在误差阈值范围内，向判断模块(16)发送判断指令；所述调整模块用于调整反弯曲率和矫直入口倾斜角，并向第一计算模块(12)发送重新计算的指令；所述判断模块(16)用于判断是否存在由于矫直辊抬起而与板材不接触的情况，如有未接触情况，向矫直辊数调整模块(17)发送删除未接触矫直辊和改变矫直辊数量的指令；如不存在未接触情况，向输出模块(18)发送输出结果指令；所述矫直辊数调整模块(17)用于改变矫直辊数量，并向第一计算模块(12)发送重新计算的指令；所述输出模块(18)用于输出各矫直辊参数。
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