CN114101337B - 一种单机架可逆轧机的厚度控制方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单机架可逆轧机的厚度控制方法及装置，方法包括如下步骤：实时获取各AGC计算所需的工艺数据；读取系数k1、k2、k3，计算辊缝调节量To，计算公式如下：To＝k1*FF+k2*MF+k3*MN，式中，FF表示前馈AGC调节量，MF表示秒流量AGC调节量，MN表示监控AGC调节量，k1表示前馈AGC调节量的修正系数；k2表示秒流量AGC调节量的修正系数；k3表示监控AGC调节量的修正系数，根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节。本发明创新性提出了AGC融合的方式，充分发挥各个AGC的优点，进一步提高AGC控制精度。且本发明采用厚度打分策略对控制结果进行量化，基于神经网络自优化各AGC影响系数。

Description

一种单机架可逆轧机的厚度控制方法、装置

技术领域

本发明属于冷轧机自动厚度控制技术领域，具体涉及一种单机架可逆轧机的厚度控制方法、装置。

背景技术

轧机厚度控制都是以弹塑性变形曲线为基础的。轧制力、出口厚度、辊缝之间的关系如下式(弹跳方程)所示：

h＝S+(p-p₀)/M

式中：h表示带钢实际出口厚度，S表示实际辊缝；p表示实际轧制力；p₀表示预压靠轧制力；M表示轧机的刚度；

目前来说，冷轧机的厚度控制主要依靠各类厚度控制系统(AutomaticGaugeControl,简称AGC)来完成。针对单机架可逆冷轧机，为消除各种原因造成的厚度偏差,根据轧制时的弹塑性曲线,可采用前馈AGC、秒流量AGC、监控AGC等不同的厚度控制方法。

每一种AGC控制方法，现有文献均有一些研究。

2019年12月20日公开的专利《自适应的单机架轧机前馈厚度控制方法》(公开号为CN110586660A)，提供了一种自适应的单机架轧机前馈厚度控制方法，通过前馈极大消除了入口原料对成品厚度偏差的影响，保证了带钢产品质量；通过根据带钢经过出口测厚仪时的厚度计算修正系数对辊缝调节量进行计算，自适应地对辊缝进行调节，保证了带钢到达目标厚度，降低了对塑性系数高精度的依赖性；通过合理的延时，保证压下控制系统施加辊缝到预期的带钢位置。

2019年12月27日公开的专利《改进的单机架可逆轧机秒流量厚度控制方法》(公开号为CN110614274A)，提供了一种改进的单机架可逆轧机秒流量厚度控制方法，通过秒流量几乎能处理所有原因导致的厚度偏差，保证厚度控制的精度，且充分利用了单机架可逆轧机的仪表，尤其是利用了高精度的测厚仪，规避了测速状态精度不足对厚度控制造成的影响，保证了控制的精度。

发表于《中南大学学报(自然科学版)》2012年第10期的论文《广义预测控制在监控AGC系统中的应用》，根据广义预测控制的预测模型、滚动优化和在线反馈校正等特征,设计一种基于广义预测控制器的监控AGC系统,在模型匹配时,常规Smith预估器响应时间比广泛预测控制的少,稳态精度上比广义预测控制器的高；在轧件塑性系数或系统滞后时间计算不准确导致模型不匹配时,常规Smith预估器出现了系统超调或振荡现象,而广义预测控制器基本不受模型参数变化的影响。

一般单机架可逆轧机轧前轧后都布置了测厚仪和测速装置，具备实施多个AGC的条件，目前尚未发现对多个AGC共同作用的相关研究。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种单机架可逆轧机的厚度控制方法、装置。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明公开了一种单机架可逆轧机的厚度控制方法，包括如下步骤：

实时获取各AGC计算所需的工艺数据；

计算辊缝调节量To，计算公式如下：To＝k1*FF+k2*MF+k3*MN，式中，FF表示前馈AGC调节量，MF表示秒流量AGC调节量，MN表示监控AGC调节量，k1表示前馈AGC调节量的修正系数；k2表示秒流量AGC调节量的修正系数；k3表示监控AGC调节量的修正系数，其中：k1+k2+k3＝1，且k1≥0；k2≥0；k3≥0；

根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节。

进一步地，计算总的辊缝调节量To时，如果k1小于第一指定值，则关闭前馈AGC；如果k2小于第二指定值，则关闭秒流量AGC；如果k3小于第三指定值，则关闭监控AGC。

进一步地，系数k1、k2、k3与钢种、道次、入口厚度分组、出口厚度分组相关，并通过查表获取。

进一步地，从获取的工艺数据中选择所需数据，利用前馈AGC计算得到前馈AGC调节量FF；从获取的工艺数据中选择所需数据，利用秒流量AGC计算得到秒流量AGC调节量MF；从获取的工艺数据中选择所需数据，利用监控AGC计算得到监控AGC调节量MN。

进一步地，本发明的单机架可逆轧机的厚度控制方法还包括如下步骤：确定系数k1、k2、k3，并保存。

进一步地，确定系数k1、k2、k3的具体步骤包括：

构建样本集；

建立智能算法模型，输入为：k1、k2、k3，输出为道次出口带钢厚度质量评分除以道次入口带钢厚度质量评分；

利用样本集训练建立的智能算法模型，建立输入和输出之间的非线性关系；

通过全局寻优，确保道次出口带钢厚度质量评分除以道次入口带钢厚度质量评分最小时，确定新的k1、k2、k3,即为本分组稳定运行的系数。

进一步地，构建样本集，具体包括：

S1：选择设定的默认系数k1、k2、k3，执行步骤S2；

S2：计算总的辊缝调节量To，根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节，计算该道次入口带钢厚度质量评分、该道次出口带钢厚度质量评分，将k1、k2、k3作为输入，该道次出口带钢厚度质量评分除以该道次入口带钢厚度质量评分作为输出，得到一个样本数据；

S3：随机修改系数k1、k2、k3，满足k1+k2+k3＝1，且k1≥0，k2≥0，k3≥0，返回执行步骤S2，直至得到足够量的样本数据。

进一步地，计算道次入口带钢厚度质量评分的方法与计算道次出口带钢厚度质量评分的方法相同，具体包括：获取带钢设定厚度及其实际测量厚度并保存；

将带钢实际测量厚度与带钢设定厚度相减即得到实时厚度差；

带钢全长方向的厚度差构成了一个数组H＝(h₁,h₂,…h_n)；

依次寻找关键点，包括：

定义函数1，名称为func1，func1(h_i)＝h_i+1-h_i；

定义函数2，名称为func2，当|func1(h_i)|<err时，则func2(h_i)＝0,当|func1(h_i)|>＝err时，则func2(h_i)＝func1(h_i)；err表示容差，单位是μm；

定义函数3，名称为func3，func3(h_i)＝func2(h_i)*func2(h_i+1)，当func3(h_i)<0时,对应的i点为关键点；

得到关键点数组为：

计算相邻两个关键点的绝对斜度:

计算绝对斜度数据的均方根，即为评分：score＝sqrt(((J₁)²+(J₂)²+…+(J_s)²)/s)；sqrt表示开方求根号。

进一步地，带钢全长方向的厚度差构成了一个原始数组A＝(a₁,a₂,…a_p)，根据需要对数据进行处理，构成了一个新的数组H＝(h₁,h₂,…h_n)；

根据需要对数据进行处理，包括：对数据进行打薄，构成了一个新的数组B＝(b₁,b₂,…b_q)；

过滤掉头尾厚度差异常的部分，构成一个新的数组H＝(h₁,h₂,…h_n)。

本发明公开了一种单机架可逆轧机的厚度控制装置，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行上述所述单机架可逆轧机的厚度控制方法的步骤。

本发明至少具有如下有益效果：本发明采用融合AGC控制单机架可逆轧机厚度，即：To＝k1*FF+k2*MF+k3*MN，式中，To表示总的辊缝调节量；FF表示前馈AGC调节量；MF表示秒流量AGC调节量；MN表示监控AGC调节量；k1表示前馈AGC调节量的修正系数；k2表示秒流量AGC调节量的修正系数；k3表示监控AGC调节量的修正系数；并根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节。本发明创新性提出了AGC融合的方式，充分发挥各个AGC的优点，进一步提高AGC控制精度。

本发明采用厚度打分策略对控制结果进行量化，基于神经网络自优化各AGC影响系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的单机架可逆轧机的厚度控制方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的确定系数的方法流程图。

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实施例，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。

单机架可逆轧机生产过程如下：带钢从开卷机开卷，缓慢进入辊缝，再到达卷取机，接下来升速，在一个较高的速度不断运行，直到开机卷带钢快被轧制完成，降速。如此往返进行多个道次。由于轧机前后均设置有测厚仪、测速仪(直接或者间接)，因此前馈、秒流量和监控三种AGC是单机架可逆轧机厚度控制方最主要的控制策略。

其中，前馈AGC用于消除轧机入口带钢厚度偏差，是一种开环控制。前馈AGC是本领域常用的一种厚度控制方法，可以参见公开号为CN110586660A的专利《自适应的单机架轧机前馈厚度控制方法》，在此不再赘述；秒流量AGC是一种反应较快的控制方式，在轧制速度较高时是消除轧机出口带钢厚度偏差的主要方式。秒流量AGC也是本领域常用的一种厚度控制方法，可以参见公开号为CN110614274A的专利《改进的单机架可逆轧机秒流量厚度控制方法》，在此不再赘述；监控AGC用于消除轧制速度较低时的带钢厚度偏差或者长期轧制过程造成的误差，对厚度偏差加以修正补偿。监控AGC也是本领域常用的一种厚度控制方法，可以参见论文《广义预测控制在监控AGC系统中的应用》，在此不再赘述。

实施例一

参见图1，本发明公开了一种单机架可逆轧机的厚度控制方法，其采用融合AGC控制单机架可逆轧机厚度，包括如下步骤：

针对某个道次，实时获取该道次各AGC计算所需的工艺数据，包括带钢在该道次入口测厚仪处的厚度测量值即带钢入口厚度、带钢在该道次出口测厚仪处的厚度测量值即带钢出口厚度、轧制入口速度以及轧制出口速度、带钢道次入口设定厚度、带钢道次出口设定厚度等；

读取预设的系数k1、k2、k3(本实施例可以从数据库中读取预设的系数k1、k2、k3)，计算总的辊缝调节量To，辊缝调节量计算公式如下：To＝k1*FF+k2*MF+k3*MN，式中，To表示总的辊缝调节量；FF表示前馈AGC调节量；MF表示秒流量AGC调节量；MN表示监控AGC调节量；k1表示前馈AGC调节量的修正系数；k2表示秒流量AGC调节量的修正系数；k3表示监控AGC调节量的修正系数；

当需要进行前馈AGC计算时，从获取的工艺数据中选择所需数据如带钢入口厚度、道次入口设定厚度等，利用前馈AGC计算得到前馈AGC调节量FF；

当需要进行秒流量AGC计算时，从获取的工艺数据中选择所需数据如带钢入口厚度以及轧制入口速度以及轧制出口速度、道次出口设定厚度等，利用秒流量AGC计算得到秒流量AGC调节量MF；

当需要进行监控AGC计算时，从获取的工艺数据中选择所需数据如带钢出口厚度、道次出口设定厚度等，利用监控AGC计算得到监控AGC调节量MN；

根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节。

进一步地，在线计算总的辊缝调节量时，如果k1小于指定值，则关闭前馈AGC，此时可以无需计算前馈AGC调节量FF，将前馈AGC调节量FF置零后带入辊缝调节量计算公式；如果k2小于指定值，则关闭秒流量AGC，此时可以无需计算秒流量AGC调节量MF，将秒流量AGC调节量MF置零后带入辊缝调节量计算公式；如果k3小于指定值，则关闭监控AGC此时可以无需计算监控AGC调节量MN，将监控AGC调节量MN置零后带入辊缝调节量计算公式；指定值可以取值为0.0001。本发明步骤的目的在于节省计算资源，提高响应速度。

进一步地，系数k1、k2、k3与钢种、道次、入口厚度分组、出口厚度分组相关，并通过查表获取。

融合AGC模型的各系数k1、k2、k3的选择与计算很关键，它与钢种、道次、入口厚度分组有关。按照上述影响因素分组确定系数。

进一步地，本发明的单机架可逆轧机的厚度控制方法还包括如下步骤：确定系数k1、k2、k3，并保存，如本存在数据库中。

进一步地，确定系数k1、k2、k3的具体步骤包括：

构建样本集；

建立智能算法模型，输入为：k1、k2、k3，输出为道次出口带钢厚度质量评分除以道次入口带钢厚度质量评分；建立智能算法模型可以但不限于神经网络算法。

利用样本集训练建立的智能算法模型，建立输入和输出之间的非线性关系；

通过全局寻优，确保道次出口带钢厚度质量评分除以道次入口带钢厚度质量评分最小时，确定新的k1、k2、k3,即为本分组稳定运行的系数。

本发明针对每个分组(钢种、道次、入口厚度分组，出口厚度分组)，在样本足够多了之后，进行智能算法学习，确定新的系数。

进一步地，构建样本集，具体包括：

S1：从数据库中获取系数，执行步骤S2；如果尚无系数，则选择默认系数，比如k1＝0.4，k2＝0.4,k3＝0.2。

S2：计算总的辊缝调节量To，根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节，计算该道次入口带钢厚度质量评分、该道次出口带钢厚度质量评分，将k1、k2、k3作为输入，该道次出口带钢厚度质量评分除以该道次入口带钢厚度质量评分作为输出，得到一个样本数据，并存入数据库；

S3：对上述系数进行随机修改，比如变化量在±20％以内，且必须满足：k1+k2+k3＝1，且k1≥0，k2≥0，k3≥0，返回执行步骤S2，直至得到足够量(设定量)的样本数据。本发明根据大量的样本数据，使用智能优化算法，确定最优的系数。

理想状况下，只要任一AGC计算足够精确，控制时机精准，单独使用这一种AGC也会控制的很好。实际中各个AGC计算的都有一定的假设条件，现场不可能是完全理想的情况。因此采用融合AGC模型，能提高控制精度。本发明是为了进一步提高AGC的控制精度，采用了融合AGC控制模式。因此随机选择并不会对厚度控制带来负面影响。

构建样本集时可以使用一卷带钢使用同一组系数，然后获取结果。或者一卷带钢使用多组系数，这样可以减少用于测试的钢卷。

进一步地，计算道次入口带钢厚度质量评分的方法与计算道次出口带钢厚度质量评分的方法相同，计算道次入口带钢厚度质量评分时，获取道次入口带钢实际测量厚度与带钢设定厚度并保存，然后将道次入口带钢实际测量厚度与带钢设定厚度相减即得到实时厚度差，道次入口带钢全长方向的厚度差构成了一个数组A＝(a₁,a₂,…a_p)，根据需要对数据进行处理，构成了一个新的数组H＝(h₁,h₂,…h_n)；

计算道次出口带钢厚度质量评分时，获取带钢实际测量厚度与带钢设定厚度并保存，将道次出口带钢实际测量厚度与带钢设定厚度相减即得到实时厚度差，道次出口带钢全长方向的厚度差构成了一个数组A＝(a₁,a₂,…a_p)，根据需要对数据进行处理，构成了一个新的数组H＝(h₁,h₂,…h_n)；

利用数组H＝(h₁,h₂,…h_n)，采用如下步骤得到评分：

依次寻找关键点，包括：

定义函数1，名称为func1，func1(h_i)＝h_i+1-h_i；

定义函数2，名称为func2，当|func1(h_i)|<err时，则func2(h_i)＝0,当|func1(h_i)|>＝err时，则func2(h_i)＝func1(h_i)；err表示容差，单位是μm，例如取值为0.5μm。当|func1(h_i)|<err时，则func2(h_i)＝0表示当h_i+1与h_i之差的绝对值非常小时即小于设定的容差err，则认为h_i+1与h_i相等。

定义函数3，名称为func3，func3(h_i)＝func2(h_i)*func2(h_i+1)，当func3(h_i)<0时,对应的i点为关键点；

关键点数组为：

计算相邻两个关键点的绝对斜度：

J单位是μm/ms。

计算均方根，即为评分：score＝sqrt(((J₁)²+(J₂)²+…+(J_s)²)/s)，sqrt表示开方求根号。

根据需要对数据进行处理，包括：对数据进行打薄，如本实施例每10ms选取平均数或者中位数，构成了一个新的数组B＝(b₁,b₂,…b_q)。

过滤掉头尾显著异常的数据，构成一个新的数组H＝(h₁,h₂,…h_n)。

本发明过滤掉头尾显著异常的数据有两种方案：

方案一：对头尾数据中厚差的绝对值大于100μm的数据进行过滤。

方案二：对头尾数据中对应速度(如带钢速度等，可以根据实际需要进行选择)小于指定速度的数据进行过滤。

实施例二

本发明实施例公开了一种单机架可逆轧机的厚度控制装置，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行实施例一所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法的步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

实时获取各AGC计算所需的工艺数据_；

从获取的工艺数据中选择所需数据，利用前馈AGC计算得到前馈AGC调节量FF；从获取的工艺数据中选择所需数据，利用秒流量AGC计算得到秒流量AGC调节量MF；从获取的工艺数据中选择所需数据，利用监控AGC计算得到监控AGC调节量MN；

计算辊缝调节量To，计算公式如下：To＝k1*FF+k2*MF+k3*MN，式中，FF表示前馈AGC调节量，MF表示秒流量AGC调节量，MN表示监控AGC调节量，k1表示前馈AGC调节量的修正系数；k2表示秒流量AGC调节量的修正系数；k3表示监控AGC调节量的修正系数，其中：k1+k2+k3＝1，且k1≥0；k2≥0；k3≥0；

根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节。

2.如权利要求1所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于：计算总的辊缝调节量To时，如果k1小于第一指定值，则关闭前馈AGC；如果k2小于第二指定值，则关闭秒流量AGC；如果k3小于第三指定值，则关闭监控AGC。

3.如权利要求1所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于：系数k1、k2、k3与钢种、道次、入口厚度分组、出口厚度分组相关，并通过查表获取。

4.如权利要求1所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于：还包括如下步骤：确定系数k1、k2、k3，并保存。

5.如权利要求4所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于：确定系数k1、k2、k3的具体步骤包括：

构建样本集；

建立智能算法模型，输入为：k1、k2、k3，输出为道次出口带钢厚度质量评分除以道次入口带钢厚度质量评分；

利用样本集训练建立的智能算法模型，建立输入和输出之间的非线性关系；

通过全局寻优，确保道次出口带钢厚度质量评分除以道次入口带钢厚度质量评分最小时，确定新的k1、k2、k3,即为本分组稳定运行的系数。

6.如权利要求5所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于：

构建样本集，具体包括：

S1：选择设定的默认系数k1、k2、k3，执行步骤S2；

S2：计算总的辊缝调节量To，根据计算的辊缝调节量To实施辊缝调节，计算该道次入口带钢厚度质量评分、该道次出口带钢厚度质量评分，将k1、k2、k3作为输入，该道次出口带钢厚度质量评分除以该道次入口带钢厚度质量评分作为输出，得到一个样本数据；

S3：随机修改系数k1、k2、k3，满足k1+k2+k3＝1，且k1≥0，k2≥0，k3≥0，返回执行步骤S2，直至得到足够量的样本数据。

7.如权利要求6所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于：计算道次入口带钢厚度质量评分的方法与计算道次出口带钢厚度质量评分的方法相同，具体包括：获取带钢设定厚度及其实际测量厚度并保存；

将带钢实际测量厚度与带钢设定厚度相减即得到实时厚度差；

带钢全长方向的厚度差构成了一个数组H＝(h₁,h₂,…h_n)；

依次寻找关键点，包括：

定义函数1，名称为func1，func1(h_i)＝h_i+1-h_i；

定义函数2，名称为func2，当|func1(h_i)|<err时，则func2(h_i)＝0,当|func1(h_i)|>＝err时，则func2(h_i)＝func1(h_i)；err表示容差，单位是μm；

定义函数3，名称为func3，func3(h_i)＝func2(h_i)*func2(h_i+1)，当func3(h_i)<0时,对应的i点为关键点；

得到关键点数组为：

计算相邻两个关键点的绝对斜度:

计算绝对斜度数据的均方根，即为评分：

score＝sqrt(((J₁)²+(J₂)²+…+(J_s)²)/s)。

8.如权利要求7所述的单机架可逆轧机的厚度控制方法，其特征在于：带钢全长方向的厚度差构成了一个原始数组A＝(a₁,a₂,…a_p)，根据需要对数据进行处理，构成了一个新的数组H＝(h₁,h₂,…h_n)；

根据需要对数据进行处理，包括：对数据进行打薄，构成了一个新的数组B＝(b₁,b₂,…b_q)；

过滤掉头尾厚度差异常的部分，构成一个新的数组H＝(h₁,h₂,…h_n)。

9.一种单机架可逆轧机的厚度控制装置，其特征在于，包括：处理器和用于存储能够在处理器上运行的计算机程序的存储器，其中，所述处理器用于运行所述计算机程序时，执行权利要求1至8任一项所述方法的步骤。

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