CN107486587B - 一种提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法 - Google Patents
一种提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:1)确定产品厚度减薄的变化规律,过滤测厚仪高频数据的“脏数据”;2)计算每个采样卷的厚度偏差;3)根据采样卷厚度偏差值,采用逐步回归分析的数学模型计算各产品各规格的减薄量。这样可以提高酸洗剪切设定控制精度,减少酸洗机组成品卷“欠重”的发生率,提升梅钢酸洗产品市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及一种补偿方法,具体涉及一种提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法,属于自动控制技术领域。
背景技术
梅钢酸洗机组是2011年建设投产的,投产初期,由于市场上酸洗产品供不应求,客户对酸洗产品质量控制要求相对比较低,随着近几年宏观经济的总体下行,钢铁行业深度调整超出预期,市场环境呈现极为罕见的恶劣局面,客户对酸洗产品质量控制提出很高的要求,自2014年下半年以来,酸洗产品重量不符用户合同要求的异议频繁发生,每月欠重封闭量高达1000吨左右,钢卷欠重招致用户多次抱怨,酸洗机组的卷重问题成了困扰酸洗生产的难题之一。
专利申请号为CN201310178370.X,纵剪机组最优剪切设定方法,涉及纵剪机组最优剪切设定方法,首先采集来料的信息,包含:宽度、卷号、严重缺陷的起点位置Qi及每个缺陷对应的宽度Li,在界面上设定需要剪切出来的成品宽度DLm及每个宽度对应的卷数Pm;然后根据宽度、起点位置Qi和宽度Li得到分段的无缺陷的带材的起点位置NQj及每个分段起点位置对应的长度NLj;根据分段的无缺陷的带材的起点位置NQj及每个分段起点位置对应的长度NLj和设定的需要剪切出来的成品宽度DLm及每个宽度对应的卷数Pm运用算法得出分段的带材小卷的数量、每卷的起始点DQτ、每卷的长度DLτ及此卷的有效性及合格与否。根据带材的表面缺陷的坐标和给定的剪切宽度和卷数进行最大成品率的计算,有效解决剪切下来的小卷中严重缺陷问题,显著提高产品成品率。
虽然上述专利与剪切设定有关,但跟产品厚度及厚度减薄量无关,本发明是通过生产现场特殊仪表实时采集的毫秒级大数据,分析和挖掘酸洗产品生产过程中厚度减薄的变化规律,按产品品种和规格进行分类提炼剪切设定模型的厚度补偿量,以提高剪切设定模型的控制精度,降低酸洗产品“欠重”质量异议。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的技术问题,提供一种提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法,该方法根据酸洗产品的特点,以酸洗现场采集的高频数据为依据,采用数值计算方法提炼各产品的厚度减薄量,并按产品强度等级和规格组距进行分类,重新设计酸洗剪切设定计算的算法,这样可以提高酸洗剪切设定控制精度,减少酸洗机组成品卷“欠重”的发生率,提升梅钢酸洗产品市场竞争力。
为了实现上述目的,本发明的技术方案如下,一种提提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:1)确定产品厚度减薄的变化规律,过滤测厚仪高频数据的“脏数据”;2)计算每个采样卷的厚度偏差;3)根据采样卷厚度偏差值,采用逐步回归分析的数学模型计算各产品各规格的减薄量。
作为本发明的一种改进,所述步骤1)具体如下:筛选规则,产品厚度≤5.0,产品目标厚度与实际检测厚度偏差范围在±150μm之内;产品厚度>5.0,产品目标厚度与实际检测厚度偏差范围在±200μm之内,过滤不符合该规则的高频数据,确保数据有效性和准确性。
作为本发明的一种改进,所述步骤3)具体如下:
31)对采样值重新编号,在逐步回归分析中,令采样个数p=n-1,并记ya=xan,建立的数学模型为
xan=β0+β1xa1+β2xa2+…+βn-1xa,x-1+εa (公式2);
的第a个产品减薄量。
32)对厚度偏差数据进行标准化。为了在无量钢影响下进行计算,在逐步回归中常将所有数据先进行“标准化”变换,即令
其中模型公式5中的结构矩阵为X和采样值的矩阵Y分别为
而系数矩阵A和常数项矩阵B分别为
其中rij(i,j=1,2,…,n)为变量xi和xj的相关系数,即
而R是系数矩阵A右下角的n-1阶对称方阵,它的元素都是变量x1,x2,…,xn-1间的相关系数,故亦称R为相关系数矩阵。
由此,模型公式5可改写为
zan=β′1za1+β′2za2+…++βn-1za,n-1+εa (公式6)
它的系数矩阵就是相关系数矩阵R,它的常数项矩阵就是从B中把第一个元素0剔去后的矩阵。
34)模型公式6和模型公式2回归系数之间的关系,设由模型公式6求得的回归方程为
将变换公式4代入,即得
比较公式3和公式8可得
为了更好的控制精度,设计产品厚度减薄量补偿的酸洗剪切设定控制逻辑,在酸洗设定控制逻辑中,带钢的长度主要与带钢重量、宽度、厚度和密度有关,而分卷剪切的钢卷个数由分卷规则决定。
1、带钢有效长度计算
不考虑带钢厚度减薄量时,带钢长度计算公式如下公式3:
考虑带钢厚度减薄量ΔT之后的带钢长度计算如下公式4:
剪切分卷后的带钢卷重必须介于合同最小卷重与最大卷重之间,因此,参照公式4可以计算出分卷后带钢的最小长度Lmin、最大长度Lmax,分卷后的带钢长度也必须在Lmin和Lmax之间,考虑产品厚度减薄量后的最小、最大带钢长度计算公式如下公式5和公式6:
式中:Lmin产品合同设计最大有效长度
Lmax产品合同设计最小有效长度
2、带钢剪切有效卷数和有效长度的计算
1)分卷数:判断带钢有效长度是否可以被产品合同最大长度整除,如果可以整除,则分卷数等于带钢有效长度除以产品合同最大分卷长度,否则分卷数等于剩余长度除以产品合同最大分卷长度后加1;
2)剪切有效长度:带钢有效长度与分卷数的商得出平均剪切长度,判断平均剪切长度是否符合合同要求的最小剪切长度与最大剪切长度,如果符合合同要求,则按平均剪切长度进行剪切设定;如果平均剪切长度小于合同最小剪切长度并且剪切数大于1,则剪切设定按合同最大剪切长度设定;如果以上条件无法满足,则判断带钢有效长度是否大于机组允许最小长度,如果满足,则分别按照带钢有效长度进行剪切设定。
设计产品厚度减薄量补偿的自学习方法,产品厚度减薄量是以酸洗现场采集的高频数据为依据,采用逐步回归分析方法进行提炼的,现场采集的高频数据样本量越多,产品厚度减薄量补偿精度就越高,所以方法一中的步骤1和步骤2计算出某产品某规格的减薄量需要根据现场生产实际进行长期自学习,确保产品厚度减薄量补偿的控制精度。本设计采用加权平均值算法设计产品厚度减薄量补偿的自学习方法,具体计算见公式7。
j:为产品的强度等级;
K:为产品的规格组距
相对于现有技术,本发明的优点如下,该技术方案重新设计酸洗剪切设定计算的算法,这样可以提高酸洗剪切设定控制精度,减少酸洗机组成品卷“欠重”的发生率,提升梅钢酸洗产品市场竞争力。
附图说明
图1:酸洗剪切设定计算功能控制逻辑;
图2:酸洗产品厚度减薄量设定计算流程图;
图3:酸洗产品厚度减薄量自学习计算流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解,下面结合附图和具体实施方式,进一步阐明本发明。
实施例:一种提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法,所述方法包括以下步骤:1)确定产品厚度减薄的变化规律,过滤测厚仪高频数据的“脏数据”;2)计算每个采样卷的厚度偏差;3)根据采样卷厚度偏差值,采用逐步回归分析的数学模型计算各产品各规格的减薄量。
作为本发明的一种改进,所述步骤1)具体如下:筛选规则,产品厚度≤5.0,产品目标厚度与实际检测厚度偏差范围在±150μm之内;产品厚度>5.0,产品目标厚度与实际检测厚度偏差范围在±200μm之内,过滤不符合该规则的高频数据,确保数据有效性和准确性。
作为本发明的一种改进,所述步骤3)具体如下:
31)对采样值重新编号,在逐步回归分析中,令采样个数p=n-1,并记ya=xan,建立的数学模型为
xan=β0+β1xa1+β2xa2+…+βn-1xa,x-1+εa (公式2);
的第a个产品减薄量。
32)对厚度偏差数据进行标准化。为了在无量钢影响下进行计算,在逐步回归中常将所有数据先进行“标准化”变换,即令
zan=β′0+β′1za1+β′2za2+…++βn-1za,n-1+εa (公式5);
其中模型公式5中的结构矩阵为X和采样值的矩阵Y分别为
而系数矩阵A和常数项矩阵B分别为
其中rij(i,j=1,2,…,n)为变量xi和xj的相关系数,即
而R是系数矩阵A右下角的n-1阶对称方阵,它的元素都是变量x1,x2,…,xn-1间的相关系数,故亦称R为相关系数矩阵。
由此,模型公式5可改写为
zan=β′1za1+β′2za2+…++βn-1za,n-1+εa (公式6)
它的系数矩阵就是相关系数矩阵R,它的常数项矩阵就是从B中把第一个元素0剔去后的矩阵。
34)模型公式6和模型公式2回归系数之间的关系,设由模型公式6求得的回归方程为
将变换公式4代入,即得
比较公式3和公式8可得
为了更好的控制精度,设计产品厚度减薄量补偿的酸洗剪切设定控制逻辑,在酸洗设定控制逻辑中,带钢的长度主要与带钢重量、宽度、厚度和密度有关,而分卷剪切的钢卷个数由分卷规则决定。
1、带钢有效长度计算
不考虑带钢厚度减薄量时,带钢长度计算公式如下公式3:
考虑带钢厚度减薄量ΔT之后的带钢长度计算如下公式4:
剪切分卷后的带钢卷重必须介于合同最小卷重与最大卷重之间,因此,参照公式4可以计算出分卷后带钢的最小长度Lmin、最大长度Lmax,分卷后的带钢长度也必须在Lmin和Lmax之间,考虑产品厚度减薄量后的最小、最大带钢长度计算公式如下公式5和公式6:
式中:Lmin产品合同设计最大有效长度
Lmax产品合同设计最小有效长度
2、带钢剪切有效卷数和有效长度的计算
1)分卷数:判断带钢有效长度是否可以被产品合同最大长度整除,如果可以整除,则分卷数等于带钢有效长度除以产品合同最大分卷长度,否则分卷数等于剩余长度除以产品合同最大分卷长度后加1;
2)剪切有效长度:带钢有效长度与分卷数的商得出平均剪切长度,判断平均剪切长度是否符合合同要求的最小剪切长度与最大剪切长度,如果符合合同要求,则按平均剪切长度进行剪切设定;如果平均剪切长度小于合同最小剪切长度并且剪切数大于1,则剪切设定按合同最大剪切长度设定;如果以上条件无法满足,则判断带钢有效长度是否大于机组允许最小长度,如果满足,则分别按照带钢有效长度进行剪切设定。(具体剪切设定逻辑见图1)
设计产品厚度减薄量补偿的自学习方法,产品厚度减薄量是以酸洗现场采集的高频数据为依据,采用逐步回归分析方法进行提炼的,现场采集的高频数据样本量越多,产品厚度减薄量补偿精度就越高,所以方法一中的步骤1和步骤2计算出某产品某规格的减薄量需要根据现场生产实际进行长期自学习(具体见图3),确保产品厚度减薄量补偿的控制精度。本设计采用加权平均值算法设计产品厚度减薄量补偿的自学习方法,具体计算见公式7。
j:为产品的强度等级;
K:为产品的规格组距。
应用实例:本发明应用在梅钢冷轧1420mm酸洗生产中,该发明投用前酸洗产品每月欠重封闭量平均达到2124.37吨/月,此部分产品需要与用户协商让步接收,且对酸洗合同全工序生产组织造成不利影响。目前酸洗产品欠重发生量已经降到平均1080吨左右/月。该发明也可应用于其他同类型的轧机。
表1梅钢冷轧酸洗机组钢种等级划分表
产品强度等级 | 硬度组Mpa | 主要钢种牌号 |
1 | 180-340 | B170P1等 |
2 | 200-320 | BRC1、MRT-1.5CA等 |
3 | 220-340 | B180P2、BTC160S等 |
4 | 240-350 | SPHC、DC51D+Z等 |
5 | 260-350 | DD51D、HC260LA等 |
6 | 300-400 | SS400、SAPH400、SPHD等 |
7 | 320-440 | SS400、B280VK等 |
8 | 350-500 | SAE1022、SG325、SPFH490等 |
9 | 380-470 | QStE340TM、BTC360R |
10 | 450-650 | 16MNCR5、S35C、40Mn等 |
11 | 580-650 | S275JR、SPFH590、S550MC |
12 | 700-900 | N80-1、42CRMO4 |
表2梅钢冷轧酸洗机组厚度等级划分表
等级 | 厚度范围(mm) |
0 | 1.20<厚度≤2.00 |
1 | 2.00<厚度≤2.50 |
2 | 2.50<厚度≤3.00 |
3 | 3.00<厚度≤3.50 |
4 | 3.50<厚度≤4.00 |
5 | 4.00<厚度≤4.50 |
6 | 4.50<厚度≤5.00 |
7 | 5.00<厚度≤5.50 |
8 | 5.50<厚度≤6.00 |
9 | 6.00<厚度≤6.50 |
10 | 6.50<厚度≤7.20 |
11 | 7.20<厚度≤8.20 |
表3梅钢冷轧酸洗机组现场采集的某个产品厚度高频数据(以钢种AP0640B7,厚度2.00mm为例)
钢种牌号 | 产品目标厚度(mm) | 产品实际厚度(mm) | 产品减薄量(mm) |
AP0640B7 | 2.00 | 1.964 | 0.036 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.965 | 0.035 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.964 | 0.036 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.964 | 0.036 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.965 | 0.035 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.962 | 0.038 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.957 | 0.043 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.96 | 0.040 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.958 | 0.042 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.955 | 0.045 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.972 | 0.028 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.978 | 0.022 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.961 | 0.039 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.964 | 0.036 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.967 | 0.033 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.968 | 0.032 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.979 | 0.021 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.964 | 0.036 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.97 | 0.030 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.976 | 0.024 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.977 | 0.023 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.977 | 0.023 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.977 | 0.023 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.973 | 0.027 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.974 | 0.026 |
AP0640B7 | 2.00 | 1.963 | 0.037 |
… | … | … | … |
表4梅钢冷轧酸洗机组按产品强度等级和规格组距进行分类提炼减薄量(以钢种AP0640B7为例)
以出钢记号AP0640B7(钢种牌号为SPHC)为例,简单描述采用减薄量补偿的酸洗剪切设定计算流程。规格:出口厚度为2.00mm,宽度为1010mm加以说明,计算步骤如下:
第一步,根据产品钢种牌号SPHC,查询表1,求得强度等级为4;
第二步,根据产品的出口厚度2.00mm,查询表2,求得厚度等级为0;
第三步,现有强度等级为4、厚度等级为0的SPHC产品高频数据,试根据这批资料建立预报方程。
N=121,因子数n-1=8
计算步骤:
(1)首先规定一个F*值,作为F检验用的临界值,为方便起见,我们可取一个定数F*作为F检验的标准,本实例F*=8
(3)选因子
a)选第一个因子:
maxVj (1)=V7 (1)=0.6628
作F检验
所以可以引入因子x7,对R(0)做变换L7,得R(1)。
b)选第二个因子:
maxVj (2)=V6 (2)=0.1845
作F检验
所以可以引入因子x6,对R(1)做变换L6,得R(2)。
c)引入因子x6,对原有因子x7重新检验:
V7 (2)=(r1n (2))2/r77 (2)=(0.6393)2/1.1655=0.3507,
故x7不需删除。
d)选第三个因子:
maxVj (3)=V4 (3)=0.0542
作F检验
所以可以引入因子x4,对R(2)做变换L4,得R(3)。
e)由于因子x4的引入,又需对原有因子x6,x7重新检验:
计算V6 (3)与V7 (3),得
故原有因子不需删除。
f)选第四个因子:
maxVj (4)=V8 (4)=0.0125
作F检验
所以可以引入因子x8,对R(3)做变换L8,得R(4)。
g)由于因子x8的引入,又需对原有因子x4,x6,x7重新检验:
对j=4,6,7,计算Vj (4)=(rjn (4))2/rjj (4),得
故原有因子不需删除。
h)选第五个因子:
对j≠4,6,7,8,计算Vj (5)=(rjn (4))2/rjj (4),得
maxVj (5)=V2 (5)=0.0121
作F检验
所以可以引入因子x2,对R(4)做变换L2,得R(5)。
i)由于因子x2的引入,又需对原有因子x4,x6,x7,x8重新检验:
对j=4,6,7,8,计算Vj (5)=(rjn (5))2/rjj (5),得
故原有因子不需删除。
j)选第六个因子:
对j≠2,4,6,7,8,计算Vj (6)=(rjn (5))2/rjj (5),得
maxVj (6)=V3 (6)=0.0057
作F检验
故x3不能引入。至此为止,共挑上5个因子:x2,x4,x6,x7,x8,挑选因子工作结束。
(4)计算回归系数
从R(5)可得模型公式7的参数估计
从而模型公式2的参数估计为:
所以预报方程为:
最后根据预报方程得知该产品规格在生产过程中发生的平均减薄量为30.90μm;
第四步,将方法二中公式11、公式12和公式13纳入剪切设定计算控制逻辑,根据合同设计要求计算合理的剪切卷数和剪切长度。
第五步,根据酸洗现场采集的产品厚度高频数据采用方法三进行产品厚度减薄量补偿的自学习。
需要说明的是,上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例,并没有用来限定本发明的保护范围,在上述技术方案的基础上作出的等同替换或者替代,均属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种提高剪切设定模型控制精度的减薄量补偿方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:1)确定产品厚度减薄的变化规律,过滤测厚仪高频数据的“脏数据”;2)计算每个采样卷的厚度偏差;3)根据采样卷厚度偏差值,采用逐步回归分析的数学模型计算各产品各规格的减薄量;
所述步骤1)具体如下:筛选规则,产品厚度≤5.0,产品目标厚度与实际检测厚度偏差范围在±150μm之内;产品厚度>5.0,产品目标厚度与实际检测厚度偏差范围在±200μm之内,过滤不符合该规则的高频数据,确保数据有效性和准确性;
所述步骤3)具体如下:
31)对采样值重新编号,在逐步回归分析中,令采样个数p=n-1,并记ya=xan,建立的数学模型为
xan=β0+β1xa1+β2xa2+…+βn-1xa,x-1+εa 公式2;
的第a个产品减薄量;
32)对厚度偏差数据进行标准化,在逐步回归中常将所有数据先进行“标准化”变换,即令
zan=β'0+β'1za1+β'2za2+…++β'n-1za,n-1+εa 公式5;
其中模型公式5中的结构矩阵为X和采样值的矩阵Y分别为
而系数矩阵A和常数项矩阵B分别为
其中rij(i,j=1,2,…,n)为变量xi和xj的相关系数,即
而R是系数矩阵A右下角的n-1阶对称方阵,它的元素都是变量x1,x2,…,xn-1间的相关系数,故亦称R为相关系数矩阵;
由此,模型公式5可改写为
zan=β'1za1+β'2za2+…++β'n-1za,n-1+εa 公式6;
它的系数矩阵就是相关系数矩阵R,它的常数项矩阵就是从B中把第一个元素0剔去后的矩阵;
34)模型公式6和模型公式2回归系数之间的关系,设由模型公式6求得的回归方程为
将变换公式4代入,即得
比较公式3和公式8可得
因此可以从R(5)中得到模型公式7的方程系数di,从而可以得到模型公式9的方程系数bi,从而根据预报方程(公式3)求出产品强度等级a和规格组距n的减薄量;
R(5)表示是“相关系数矩阵R”第5次线性变化;
所述补偿方法还包括一下步骤,步骤4)设计产品厚度减薄量补偿的酸洗剪切设定控制逻辑,步骤5)设计产品厚度减薄量补偿的自学习方法,
采用加权平均值算法设计产品厚度减薄量补偿的自学习方法,具体计算见以下公式:
j:为产品的强度等级;
K:为产品的规格组距。
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