CN109877164B - 一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法及装置，方法包括：根据秒流量方程预计算带钢出口厚度，并使用出口测厚仪测量厚度对其进行修正得到出口厚差；将出口厚差划分为若干个模糊档，并求取出口厚差的隶属度值；确定模糊规则，根据模糊规则以及所述隶属度值分别计算出比例和积分控制的输出控制量，根据比例和积分控制的输出控制量计算总的输出控制量。本发明首先使用秒流量方程预计算带钢的出口厚度，并使用出口测厚仪测量厚度进行修正得到出口厚差值；然后将出口厚差分为若干个模糊档，使用高斯隶属度函数求取其隶属度值；设定模糊规则和自适应系数，分别求取比例控制和积分控制的控制量，最终合成秒流量AGC控制量。

Description

一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法及装置

技术领域

本发明涉及轧钢控制技术领域，尤其涉及一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法及装置。

背景技术

单机架可逆冷轧机的厚度控制系统一般包含有前馈、秒流量、监视三种厚度控制(Automatic Gauge Control)方式。其中秒流量AGC是反馈控制的主要方式，秒流量AGC基于变形区秒流量恒等法则，该法则的意思是机架前后金属的质量流恒定，又由于机架前后的带钢宽度基本一致，则带钢在机架前后的速度和厚度保持严格的比例关系，即：

V_en×h_en＝V_ex×h_ex

式中V_en－带钢入口速度；V_ex－带钢出口速度；h_en－带钢入口厚度；h_ex－带钢出口厚度。

由于激光测速仪的使用可以高精度地获得变形区入出口速度，再加上前置测厚仪，就可以没有滞后地计算出带钢出口厚度然后进行反馈控制，从而采用秒流量AGC可得到相当高的厚度精度。

由于出口测厚仪距离轧机辊缝有一段距离，从而其测量出口厚度是有滞后的，不宜直接使用该测量出口厚度进行反馈控制，但测厚仪的精度是很高的(一般测量精度可达1μm)，可以考虑使用测量出口厚度对秒流量预计算出口厚度进行修正，以进一步提高秒流量计算出口厚度的精度。

目前工业上实用的秒流量AGC方法一般通过比例积分(PI)控制计算辊缝的调节量，众所周知，比例积分参数的选取对PI控制的控制性能影响很大，秒流量AGC控制通常只使用一两套固定的控制参数，或者操作工会根据经验在轧制某钢种时手动输入一套控制参数，基本不具备动态调节的能力，当轧制的道次变化、钢种变化或厚差变化范围较大时无法取得较好的控制效果。

发明内容

为了解决上述问题，引入了模糊控制，从而可以将专家的调节经验归纳到相应的模糊规则中去，这样可以实现根据出口厚差动态调节秒流量AGC的控制量，在此基础上，根据钢种和道次的不同在模糊控制的输出量上再乘以一个自适应系数，这样秒流量AGC控制即具有了动态调节的能力，可适应不同钢种不同道次不同出口厚差的情况，在整个轧制过程中保持优良的控制性能，本发明的技术方案如下：

作为本发明的第一方面，提供一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据秒流量方程预计算带钢出口厚度，并使用出口测厚仪测量厚度对其进行修正得到出口厚差；

步骤2，将出口厚差划分为若干个模糊档，并求取出口厚差的隶属度值；

步骤3，确定模糊规则，根据所述模糊规则、所述隶属度值以及所述出口厚差计算出比例和积分控制的输出控制量，根据比例和积分控制的输出控制量计算总的输出控制量。

进一步地，步骤1具体包括：

步骤1.1，将入口测厚仪处测得的带钢入口厚度同步延时至轧机的辊缝处，延时后得到的入口厚度设为H_en,del；

步骤1.2，根据延时后的带钢入口厚度、带钢入口速度、带钢出口速度及按照秒流量方程预计算带钢出口厚度，表示为如下公式：

式中，h_MF,calc为秒流量方程预计算的带钢出口厚度；V_en为通过入口激光测速仪实际测量的带钢入口速度，V_ex为通过出口激光测速仪实际测量的带钢出口速度；

步骤1.3，首先将预计算的带钢出口厚度延时至出口测厚仪处，延时后得到的出口厚度设为h_ex,del，然后计算预计算出口厚差并加以平滑处理，得到出口厚度修正值，表示为如下公式：

Δh_thg＝PT1(h_thg-h_ex,del)；

式中，h_thg为出口测厚仪当前时刻的出口厚度测量值，h_ex,del为延时后的预计算出口厚度值，PT1为一阶滞后环节；

最后使用出口测厚仪修正后的秒流量出口厚度表示为如下公式：

h_MF＝h_MF,calc+Δh_thg；

输入到模糊控制的出口厚差定义为如下公式：

h_inp＝h_MF-h_SET；

式中，h_SET为出口厚度设定值。

进一步地，离散的PT1环节算法为：

式中，Y_pt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Y_pt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；T_S为PLC控制单元的采样时间；T_PT1为PT1环节时间常数，取值为：L_ex为轧机辊缝至出口测厚仪之间的距离；X_n为当前时刻输入值，在这里是当前时刻测厚仪测量厚度与延时后的预计算出口厚度之间的差值；X_n-1为该差值上一时刻的值。

进一步地，步骤2具体包括：

步骤2.1根据实际采样数据的统计，将输入的出口厚差划分为若干档；

步骤2.2，采用高斯型隶属度函数，计算出口厚差的隶属度值，表示为如下公式：

式中，i表示档位，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值，c_i为第i档的中心点值，σ_i为第i档隶属度函数的宽度参数，x为输入值，这里就是输入的出口厚差h_inp。

进一步地，步骤3具体包括：

步骤3.1，采用Takagi-Sugeno型模糊规则；

步骤3.2，其中，比例控制第i条规则表示为：

u_P,i(n)＝p_pih_inpC_conv；

式中，u_P,i为比例控制第i条规则的输出控制量，h_inp为输入到模糊控制的出口厚差，p_pi为出口厚差位于第i档时的比例控制的权值，C_conv为出口厚差到秒流量控制量的转换因子；

采用重心法解模糊，计算比例控制的输出控制量为：

式中，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值；

步骤3.3，其中，积分控制第i条规则表示为：

式中，u_I,i(n)和u_I,i(n-1)分别为当前时刻和前一时刻的积分控制第i条规则的输出控制量，p_ji为出口厚差位于第i档时的积分控制的权值，T_A为PLC控制的采样时间，T_I为积分时间参数，G_I为自适应积分增益系数；

采用重心法解模糊，计算积分控制的输出控制量表示为如下公式：

将计算出的比例控制的输出控制量和积分控制的输出控制量相加，即总的输出控制量。

进一步地，出口厚差到秒流量控制量的转换因子C_conv计算公式为：

C_conv＝1+C_M/C_S；

式中，C_M为带钢塑性系数，C_S为轧机的刚度系数。

进一步地，所述方法还包括：

为适应产品大纲中的各个钢种，以及考虑到不同道次下带钢特性会发生改变，根据各钢种的变形抗力参数和当前道次号设置自适应系数C_adapt，计算总的秒流量AGC控制量表示如下公式：

u_f(n)＝[u_P(n)+u_I(n)]×C_adapt；

最终将计算得到的秒流量AGC控制量u_f(n)通往液压辊缝控制环节，由液压辊缝控制环节控制液压缸压下行程，即可实现这种基于模糊控制的秒流量AGC控制方法。

作为本发明的第二方面，提供一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制装置，所述装置包括入口卷取机、入口转向辊、六辊轧机、出口转向辊、出口卷取机、液压缸、控制单元、用于测量带钢入口厚度的入口测厚仪、用于测量带钢出口厚度的出口测厚仪、用于测量带钢入口传输速度的入口激光测速仪和用于测量带钢出口传输速度的出口激光测速仪，所述入口测厚仪、出口测厚仪、入口激光测速仪、出口激光测速仪和液压缸均与所述控制单元电连接，所述液压缸位于六辊轧机的机架上，用以根据控制单元发送的控制量控制压下行程，从而控制六辊轧机的辊缝；

其中，所述控制单元包括以电信号依次相连的第一同步传输装置、秒流量厚度计算装置、第二同步传输装置、一阶滞后装置、模糊控制装置和自适应补偿装置，所述入口测厚仪和入口激光测速仪均与所述第一同步传输装置的输入端电连接，所述出口激光测速仪分别与所述秒流量厚度计算装置以及第二同步传输装置的输入端电连接，所述模糊控制装置的输出端与所述自适应补偿装置输入端电连接，所述自适应补偿装置的输出端与所述液压缸电连接。

进一步地，所述模糊控制装置包括隶属度计算装置、比例模糊规则装置、积分模糊规则装置、比例控制量计算装置、积分控制量计算装置，所述隶属度计算装置的输入端与一阶滞后装置的输出端电连接，所述隶属度计算装置的输出端通过比例模糊规则装置与所述比例控制量计算装置的输入端电连接，所述隶属度计算装置的输出端还通过积分模糊规则装置与所述积分控制量计算装置的输入端电连接，所述比例控制量计算装置的输入端与所述积分控制量计算装置的输入端均电连接到所述自适应补偿装置。

本发明的有益效果：

本发明首先使用秒流量方程预计算带钢的出口厚度，并使用出口测厚仪测量厚度进行修正得到出口厚差值；然后将出口厚差分为若干个模糊档，使用高斯隶属度函数求取其隶属度值；设定模糊规则和自适应系数，分别求取比例控制和积分控制的控制量，最终合成秒流量AGC控制量，经过上述步骤最终实现了这种基于模糊控制的秒流量AGC控制方法，该方法通过引入模糊控制而将专家的调节经验融入模糊规则中，从而可在轧制过程中不断根据出口厚差动态地调节比例系数和积分时间参数，另外还引入了钢种和道次的自适应系数，确保秒流量AGC在各个钢种各种出口厚差情况下都能取得优良的控制效果。

附图说明

图1本发明实施例提供的一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法；

图3为本发明实施例提供的控制单元的机构示意图；

附图标记说明：附图标记说明：1、入口卷取机，2、入口转向辊，3、入口测厚仪，4、液压缸，5、入口激光测速仪，6、带钢，7、六辊轧机，8、出口激光测速仪，9、控制单元，10、出口测厚仪，11、出口转向辊，12、出口卷取机，13、第一同步传输装置，14、秒流量厚度计算装置，15、第二同步传输装置，16、一阶滞后装置，17、隶属度计算装置，18、比例模糊规则装置，19、积分模糊规则装置，20、比例控制量计算装置，21、积分控制量计算装置，22、自适应补偿装置。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示，本发明提供的一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制装置，包括入口卷取机1、入口转向辊2、六辊轧机7、出口转向辊11、出口卷取机12、液压缸4、控制单元9、用于测量带钢厚度的测厚仪、用于测量带钢传输速度的激光测速仪，所述测厚仪、激光测速仪和液压缸均和所述控制电连接，所述液压缸位于六辊轧机的机架上，所述测厚仪包括入口测厚仪3和出口测厚仪10，所述入口测厚仪3用于测量入口带钢厚度，所述出口测厚仪10用于测量出口带钢厚度，所述激光测速仪包括入口激光测速仪5和出口激光测速仪8，所述入口激光测速仪5用于测量入口带钢传输速度，所述出口激光测速仪8用于测量出口带钢传输速度，当前轧制方向为从左往右，下一道次将从右往左，然后再反向这样反复轧制直到达到成品要求。在当前道次下，带钢6从入口卷取机1上启动，通过入口转向辊2然后在一个六辊轧机7中轧制，液压缸4提供轧制力，再通过出口转向辊11，最后卷取在出口卷取机12上，机组配置有入口测厚仪3和出口测厚仪10，分别测量入口和出口带钢厚度，为实现秒流量厚度控制还配置有入口激光测速仪5和出口激光测速仪8，分别可高精度地测量入口和出口带钢速度，所有的轧制工艺控制功能通过在控制单元9中编程完成，所述控制单元优选为PLC控制单元，所述控制单元根据测厚仪和激光测速仪采集的带钢厚度及速度数据计算出控制量，所述液压缸接收控制单元发送的控制量，用以根据控制单元发送的控制量控制压下行程，从而控制六辊轧机的辊缝。

如图2所示，本发明提供的一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，包括以下步骤：

步骤1，根据秒流量方程预计算带钢出口厚度，并使用出口测厚仪测量厚度对其进行修正得到出口厚差；

步骤2，将出口厚差划分为若干个模糊档，并求取出口厚差的隶属度值；

步骤3，确定模糊规则，根据所述模糊规则、所述隶属度值以及所述出口厚差计算出比例和积分控制的输出控制量，根据比例和积分控制的输出控制量计算总的输出控制量。

优选地，步骤1具体包括：

步骤1.1，将入口测厚仪处测得的带钢入口厚度同步延时至轧机的辊缝处，延时后得到的入口厚度设为H_en,del；

步骤1.2，根据延时后的带钢入口厚度、带钢入口速度、带钢出口速度及按照秒流量方程预计算带钢出口厚度，表示为如下公式：

式中，h_MF,calc为秒流量方程预计算的带钢出口厚度；V_en为通过入口激光测速仪实际测量的带钢入口速度，V_ex为通过出口激光测速仪实际测量的带钢出口速度；

步骤1.3，首先将预计算的带钢出口厚度延时至出口测厚仪处，延时后得到的出口厚度设为h_ex,del，然后计算预计算出口厚差并加以平滑处理，得到出口厚度修正值，表示为如下公式：

Δh_thg＝PT1(h_thg-h_ex,del)；

式中，h_thg为出口测厚仪当前时刻的出口厚度测量值，h_ex,del为延时后的预计算出口厚度值，PT1为一阶滞后环节；

最后使用出口测厚仪修正后的秒流量出口厚度表示为如下公式：

h_MF＝h_MF,calc+Δh_thg；

输入到模糊控制的出口厚差定义为如下公式：

h_inp＝h_MF-h_SET；

式中，h_SET为出口厚度设定值。

其中，所述离散的PT1环节算法为：

式中，Y_pt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Y_pt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；T_S为PLC控制单元的采样时间；T_PT1为PT1环节时间常数，取值为：L_ex为轧机辊缝至出口测厚仪之间的距离；X_n为当前时刻输入值，在这里是当前时刻测厚仪测量厚度与延时后的预计算出口厚度之间的差值；X_n-1为该差值上一时刻的值。

优选地，步骤2具体包括：

步骤2.1，根据实际采样数据的统计，将输入的出口厚差划分为若干档；

根据实际采样数据的统计，将输入的出口厚差和出口厚差变化率划分为若干档，例如在本实施例中，在轧制的第一个道次，将出口厚差从-0.02mm到0.02mm划分为10个档，划分时没有采用均匀划分的方式，而是按采样数据统计结果来划分，10个档位的中心点为(-0.02,-0.01,-0.008,-0.004,-0.002,0.002,0.004,0.008,0.01,0.02)mm。而在轧制的第二个道次，出口厚差的范围缩小到-0.01mm到0.01mm，也划分为10个档，后面的道次可按第二道次同样划分，都在-0.01mm到0.01mm范围之内。

步骤2.2，采用高斯型隶属度函数，计算出口厚差的隶属度值，表示为如下公式：

式中，i表示档位，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值，c_i为第i档的中心点值，σ_i为第i档隶属度函数的宽度参数，x为输入值，这里就是输入的出口厚差h_inp，按上式即可计算出当前时刻输入厚差值对应的隶属度值，记为m_i，如出口厚差为10档，则可计算出对应的10个隶属度值，一般来说，这10个隶属度值中只有2到3个是非零值。

优选地，步骤3具体包括：

步骤3.1，采用Takagi-Sugeno型模糊规则；

步骤3.2，其中，比例控制第i条规则表示为：

u_P,i(n)＝p_pih_inpC_conv；

式中，u_P,i为比例控制第i条规则的输出控制量，h_inp为输入到模糊控制的出口厚差，p_pi为出口厚差位于第i档时的比例控制的权值，p_pi初期可按照专家经验在1.0左右选取，后期也可根据测试结果修改，C_conv为出口厚差到秒流量控制量的转换因子；

采用重心法解模糊，计算比例控制的输出控制量为：

式中，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值；

步骤3.3，其中，积分控制第i条规则表示为：

式中，u_I,i(n)和u_I,i(n-1)分别为当前时刻和前一时刻的积分控制第i条规则的输出控制量，p_ji为出口厚差位于第i档时的积分控制的权值，p_ji初期可按照专家经验在1.0左右选取，后期还可以根据测试结果修改，T_A为PLC控制的采样时间，本实施例中为4ms，T_I为积分时间参数，在100ms～2000ms范围内取值，G_I为自适应积分增益系数，根据秒流量相关控制环节时间常数(例如传动控制、张力控制、液压辊缝控制等控制环节的时间常数)取值，具体在0.02～0.07范围内取值，并且随着出口速度增大逐渐减小。另外，积分控制的输出在道次结束时必须清零，否则下个道次启动AGC控制时，积分仍使用上道次结束时的值，造成计算不正确；

采用重心法解模糊，计算积分控制的输出控制量表示为如下公式：

将计算出的比例控制的输出控制量和积分控制的输出控制量相加，即总的输出控制量。

其中，出口厚差到秒流量控制量的转换因子C_conv计算公式为：

C_conv＝1+C_M/C_S；

式中，C_M为带钢塑性系数，C_S为轧机的刚度系数。

优选地，所述方法还包括：

为适应产品大纲中的各个钢种，以及考虑到不同道次下带钢特性会发生改变，根据各钢种的变形抗力参数和当前道次号设置自适应系数C_adapt，计算总的秒流量AGC控制量表示如下公式：

u_f(n)＝[u_P(n)+u_I(n)]×C_adapt；

最终将计算得到的秒流量AGC控制量u_f(n)通往液压辊缝控制环节，由液压辊缝控制环节控制液压缸压下行程，即可实现这种基于模糊控制的秒流量AGC控制方法。

本发明提出的一种基于模糊控制的秒流量厚度控制方法，首先使用秒流量方程预计算带钢的出口厚度，并使用出口测厚仪测量厚度进行修正得到出口厚差值；然后将出口厚差分为若干个模糊档，使用高斯隶属度函数求取其隶属度值；根据专家的调节经验设置优化的模糊规则和自适应系数，分别求取比例控制和积分控制的控制量，最终合成秒流量AGC控制量，经过上述步骤最终实现了这种基于模糊控制的秒流量AGC控制方法。该方法通过引入模糊控制而将专家的调节经验融入模糊规则中，从而可在轧制过程中不断根据出口厚差动态地调节比例系数和积分时间参数，另外还引入了钢种和道次的自适应系数，确保秒流量AGC在各个钢种各种出口厚差情况下都能取得优良的控制效果。

如图3所述，优选地，所述控制单元包括以电信号依次相连的第一同步传输装置13、秒流量厚度计算装置14、第二同步传输装置15、一阶滞后装置16、模糊控制装置和自适应补偿装置22，所述入口测厚仪3和入口激光测速仪5均与所述第一同步传输装置13的输入端电连接，所述出口激光测速仪8分别与所述秒流量厚度计算装置15以及第二同步传输装置15的输入端电连接，所述模糊控制装置的输出端与所述自适应补偿装置22的输入端电连接，所述自适应补偿装置22的输出端与所述液压缸4电连接。

优选地，所述模糊控制装置包括隶属度计算装置17、比例模糊规则装置18、积分模糊规则装置19、比例控制量计算装置20、积分控制量计算装置21，所述隶属度计算装置17的输入端与一阶滞后装置16的输出端电连接，所述隶属度计算装置17的输出端通过比例模糊规则装置18与所述比例控制量计算装置20的输入端电连接，所述隶属度计算装置17的输出端还通过积分模糊规则装置19与所述积分控制量计算装置21的输入端电连接，所述比例控制量计算装置20的输入端与所述积分控制量计算装置21的输入端均电连接到所述自适应补偿装置22。

下面具体介绍基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制装置的工作原理：

通过第一同步传输装置13将入口测厚仪处测得的带钢入口厚度同步延时至轧机的辊缝处，延时后得到的入口厚度设为H_en,del；

秒流量厚度计算装置14根据延时后的带钢入口厚度、带钢入口速度、带钢出口速度及按照秒流量方程预计算带钢出口厚度，表示为如下公式：

式中，h_MF,calc为秒流量方程预计算的带钢出口厚度；V_en为通过入口激光测速仪实际测量的带钢入口速度，V_ex为通过出口激光测速仪实际测量的带钢出口速度；

首先通过第二同步传输装置15将预计算的带钢出口厚度延时至出口测厚仪处，延时后得到的出口厚度设为h_ex,del，然后通过一阶滞后装置16计算预计算出口厚差并加以平滑处理，得到出口厚度修正值，表示为如下公式：

Δh_thg＝PT1(h_thg-h_ex,del)；

式中，h_thg为出口测厚仪当前时刻的出口厚度测量值，h_ex,del为延时后的预计算出口厚度值，PT1为一阶滞后环节；

最后使用出口测厚仪修正后的秒流量出口厚度表示为如下公式：

h_MF＝h_MF,calc+Δh_thg；

输入到模糊控制装置的出口厚差定义为如下公式：

h_inp＝h_MF-h_SET；

式中，h_SET为出口厚度设定值。

其中，所述离散的PT1环节算法为：

式中，Y_pt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Y_pt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；T_S为PLC控制单元的采样时间；T_PT1为PT1环节时间常数，取值为：L_ex为轧机辊缝至出口测厚仪之间的距离；X_n为当前时刻输入值，在这里是当前时刻测厚仪测量厚度与延时后的预计算出口厚度之间的差值；X_n-1为该差值上一时刻的值。

所述隶属度计算装置17根据实际采样数据的统计，将输入的出口厚差划分为若干档；

根据实际采样数据的统计，将输入的出口厚差和出口厚差变化率划分为若干档，例如在本实施例中，在轧制的第一个道次，将出口厚差从-0.02mm到0.02mm划分为10个档，划分时没有采用均匀划分的方式，而是按采样数据统计结果来划分，10个档位的中心点为(-0.02,-0.01,-0.008,-0.004,-0.002,0.002,0.004,0.008,0.01,0.02)mm。而在轧制的第二个道次，出口厚差的范围缩小到-0.01mm到0.01mm，也划分为10个档，后面的道次可按第二道次同样划分，都在-0.01mm到0.01mm范围之内。

采用高斯型隶属度函数，计算出口厚差的隶属度值，表示为如下公式：

式中，i表示档位，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值，c_i为第i档的中心点值，σ_i为第i档隶属度函数的宽度参数，x为输入值，这里就是输入的出口厚差h_inp，按上式即可计算出当前时刻输入厚差值对应的隶属度值，记为m_i，如出口厚差为10档，则可计算出对应的10个隶属度值，一般来说，这10个隶属度值中只有2到3个是非零值。

通过比例模糊规则装置18采用Takagi-Sugeno型模糊规则，比例控制第i条规则表示为：

u_P,i(n)＝p_pih_inpC_conv；

式中，u_P,i为比例控制第i条规则的输出控制量，h_inp为输入到模糊控制装置的出口厚差，p_pi为出口厚差位于第i档时的比例控制的权值，p_pi初期可按照专家经验在1.0左右选取，后期也可根据测试结果修改，C_conv为出口厚差到秒流量控制量的转换因子；

通过比例控制量计算装置20，采用重心法解模糊，计算比例控制的输出控制量为：

式中，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值；

通过积分模糊规则装置19采用Takagi-Sugeno型模糊规则，积分控制第i条规则表示为：

式中，u_I,i(n)和u_I,i(n-1)分别为当前时刻和前一时刻的积分控制第i条规则的输出控制量，p_ji为出口厚差位于第i档时的积分控制的权值，p_ji初期可按照专家经验在1.0左右选取，后期还可以根据测试结果修改，T_A为PLC控制单元的采样时间，本实施例中为4ms，T_I为积分时间参数，在100ms～2000ms范围内取值，G_I为自适应积分增益系数，根据秒流量相关控制环节时间常数(例如传动控制、张力控制、液压辊缝控制等控制环节的时间常数)取值，具体在0.02～0.07范围内取值，并且随着出口速度增大逐渐减小。另外，积分控制的输出在道次结束时必须清零，否则下个道次启动AGC控制时，积分仍使用上道次结束时的值，造成计算不正确；

通过积分控制量计算装置21，采用重心法解模糊，计算积分控制的输出控制量表示为如下公式：

将计算出的比例控制的输出控制量和积分控制的输出控制量相加，即总的输出控制量。

其中，出口厚差到秒流量控制量的转换因子C_conv计算公式为：

C_conv＝1+C_M/C_S；

式中，C_M为带钢塑性系数，C_S为轧机的刚度系数。

为适应产品大纲中的各个钢种，以及考虑到不同道次下带钢特性会发生改变，根据各钢种的变形抗力参数和当前道次号设置自适应系数C_adapt，积分控制量计算装置21计算总的秒流量AGC控制量表示如下公式：

u_f(n)＝[u_P(n)+u_I(n)]×C_adapt；

最终将计算得到的秒流量AGC控制量u_f(n)通往液压辊缝控制环节，由液压辊缝控制环节控制液压缸压下行程，即可实现这种基于模糊控制的秒流量AGC控制。

要理解本文所述的实施例可以由硬件、软件、固件、中间件、微代码或其任意组合来实现。对于硬件实现方式，处理单元可以在一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DSPD)、可编程逻辑控制器(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微处理器、微控制器、被设计以执行本文所述功能的其它电子单元、或其组合内实现。当以软件、固件、中间件或微代码、程序代码或代码段来实现实施例时，可以将它们存储在诸如存储组件的机器可读介质中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据秒流量方程预计算带钢出口厚度，并使用出口测厚仪测量厚度对其进行修正得到出口厚差；

步骤2，将出口厚差划分为若干个模糊档，并求取出口厚差的隶属度值；

步骤3，确定模糊规则，根据所述模糊规则、所述隶属度值以及所述出口厚差计算出比例和积分控制的输出控制量，根据比例和积分控制的输出控制量计算总的输出控制量；

其中，步骤3具体包括：

步骤3.1，采用Takagi-Sugeno型模糊规则；

步骤3.2，其中，比例控制第i条规则表示为：

u_P,i(n)＝p_pih_inpC_conv；

式中，u_P,i为比例控制第i条规则的输出控制量，h_inp为输入到模糊控制的出口厚差，p_pi为出口厚差位于第i档时的比例控制的权值，C_conv为出口厚差到秒流量控制量的转换因子；

采用重心法解模糊，计算比例控制的输出控制量为：

式中，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值；

步骤3.3，其中，积分控制第i条规则表示为：

式中，u_I,i(n)和u_I,i(n-1)分别为当前时刻和前一时刻的积分控制第i条规则的输出控制量，p_ji为出口厚差位于第i档时的积分控制的权值，T_A为PLC控制的采样时间，T_I为积分时间参数，G_I为自适应积分增益系数；

采用重心法解模糊，计算积分控制的输出控制量表示为如下公式：

将计算出的比例控制的输出控制量和积分控制的输出控制量相加，即总的输出控制量。

2.根据权利要求1所述基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤1.1，将入口测厚仪处测得的带钢入口厚度H_en同步延时至轧机的辊缝处，延时后得到的入口厚度设为H_en,del；

步骤1.2，根据延时后的带钢入口厚度、带钢入口速度、带钢出口速度及按照秒流量方程预计算带钢出口厚度，表示为如下公式：

式中，h_MF,calc为秒流量方程预计算的带钢出口厚度；V_en为通过入口激光测速仪实际测量的带钢入口速度，V_ex为通过出口激光测速仪实际测量的带钢出口速度；

步骤1.3，首先将预计算的带钢出口厚度延时至出口测厚仪处，延时后得到的出口厚度设为h_ex,del，然后计算预计算出口厚差并加以平滑处理，得到出口厚度修正值，表示为如下公式：

Δh_thg＝PT1(h_thg-h_ex,del)；

式中，h_thg为出口测厚仪当前时刻的出口厚度测量值，h_ex,del为延时后的预计算出口厚度值，PT1为一阶滞后环节；

最后使用出口测厚仪修正后的秒流量出口厚度表示为如下公式：

h_MF＝h_MF,calc+Δh_thg；

输入到模糊控制的出口厚差定义为如下公式：

h_inp＝h_MF-h_SET；

式中，h_SET为出口厚度设定值。

3.根据权利要求2所述基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，其特征在于，离散的PT1环节算法为：

式中，Y_pt1(n)为PT1环节当前时刻的输出值；Y_pt1(n-1)为PT1环节上一时刻的输出值；T_S为PLC控制单元的采样时间；T_PT1为PT1环节时间常数，取值为：L_ex为轧机辊缝至出口测厚仪之间的距离；X_n为当前时刻输入值，在这里是当前时刻测厚仪测量厚度与延时后的预计算出口厚度之间的差值；X_n-1为该差值上一时刻的值。

4.根据权利要求1所述基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，其特征在于，步骤2具体包括：

步骤2.1，根据实际采样数据的统计，将输入的出口厚差划分为若干档；

步骤2.2，采用高斯型隶属度函数，计算出口厚差的隶属度值，表示为如下公式：

式中，i表示档位，m_i为输入值x隶属于第i档的隶属度值，c_i为第i档的中心点值，σ_i为第i档隶属度函数的宽度参数，x为输入值，这里就是输入的出口厚差h_inp。

5.根据权利要求1所述的基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，其特征在于，出口厚差到秒流量控制量的转换因子C_conv计算公式为：

C_conv＝1+C_M/C_S；

式中，C_M为带钢塑性系数，C_S为轧机的刚度系数。

6.根据权利要求1所述的基于模糊控制的冷轧机秒流量厚度控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

为适应产品大纲中的各个钢种，以及考虑到不同道次下带钢特性会发生改变，根据各钢种的变形抗力参数和当前道次号设置自适应系数C_adapt，计算总的秒流量AGC控制量表示如下公式：

u_f(n)＝[u_P(n)+u_I(n)]×C_adapt；

最终将计算得到的秒流量AGC控制量u_f(n)通往液压辊缝控制环节，由液压辊缝控制环节控制液压缸压下行程，即可实现这种基于模糊控制的秒流量AGC控制方法。