CN1287919C - 冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，它通过综合考虑打滑、热滑伤防治以及其它因素对参数的影响，从而设定合理的轧辊初始粗糙度与换辊周期以优化轧制工艺的控制过程。其包含在计算机系统上执行的以下步骤：(1)设定冷带钢连轧机每个机架的目标摩擦系数μ^* _i，其取值介于该机架的临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之间，这里，i为机架编号；(2)对各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期进行优化计算；(3)以每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化计算结果作为相应的设定值。本发明采用的方法原理简洁清晰，适于采用商品化的数值计算软件包来处理，因此方便了在计算机上的实现。

Description

冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法

技术领域

本发明涉及冶金过程的生产与控制领域，特别涉及一种冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法。

背景技术

图1为冷带钢连轧工艺的示意图。如图1所示，带材1从开卷机2卷出后送至机架1#～i#，经过多个机架的轧制，带材达到规定的厚度并被送至卷取机3回卷。每个机架的轧辊包括支承辊4和工作辊5，其中工作辊与带材表面直接接触。

轧制过程的工艺参数一般包括轧制速度、前后张力、压下量、轧辊初始粗糙度(即刚刚更换后轧辊的粗糙度)和轧辊更换周期(以下称为换辊周期)等参数，其中，轧辊初始粗糙度和换辊周期属于轧辊工艺参数。由于这些参数是冷带钢连轧工艺中质量控制的关键因素，因此在这方面已经作了许多研究工作，有关这些参数的控制或设定方法具体可参见“四辊轧机接触压力及剥落问题研究”(1998年第7期《机械科学与技术》第598～600页)、“影响提高轧辊寿命的因素”(1998年第6期《冶金信息》第28～31页)和“冷轧磨削质量的控制”(2000年第6期《轻合金加工技术》第47页)等参考文献，这些文献作为本发明的背景技术包含在本说明书中。

但是在利用现有方法对轧辊初始粗糙度和换辊周期等参数进行设定时，一般仅考虑它们对轧辊磨损剥落和带材表面质量及粗糙度等方面的影响，从未将其与冷连轧过程中的打滑和热滑伤发生概率问题联系起来，因此使得在生产过程中往往不能合理地设定轧辊原始粗糙度和换辊周期，其带来的后果是，要么造成轧制过程中发生打滑与热滑伤情况，从而限制轧制速度的提高，严重影响轧机的生产率和带钢表面质量，要么矫枉过正，造成轧辊的频繁更换，增加生产成本和降低轧机的生产效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，它通过综合考虑打滑、热滑伤防治以及其它因素对参数的影响，从而设定合理的轧辊初始粗糙度与换辊周期以优化轧制工艺的控制过程。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，包含在计算机系统上执行的以下步骤：

(1)设定冷带钢连轧机每个机架的目标摩擦系数μ^* _i，其取值介于该机架的临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之间，这里，i为机架编号；

(2)对各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期进行优化计算，其中，优化目标函数F具有如下形式：

$F=A\×\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}})}^2}+(1-A)\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}$

这里，m为被优化机架的总数，A为各个机架ξ_i值均匀度对目标函数F影响的加权系数，其取值介于0～1之间，并且 ${\mathrm{\ξ}}_i=|{\mathrm{\μ}}_i^{*}-{\mathrm{\μ}}_i|,\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{\μ}}_i^{*}-{\mathrm{\μ}}_i|,$ μ_i为第i个机架的摩擦系数；

(3)以每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化计算结果作为相应的设定值(3)以每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化计算结果作为相应的设定值，其中进一步包括：

(31)设定初始点，包括开始计算时所采用的各机架的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i的取值、初始步长和终止精度；

(32)根据初始点计算各机架的ξ_i值；

(33)根据全部机架的ξ_i值计算目标函数F的值；

(34)将目标函数值F与终止精度比较，如果大于终止精度，则进入步骤35；否则，则结束优化处理并输出本次计算ξ_i值和目标函数F所用的X＝{R_ai，L_i，i＝1，2，3，4，5}；

(35)根据步长重新设定数值集合并返回步骤32。

比较好的是，在上述冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法中，每个机架的目标摩擦系数μ^* _i的取值等于该机架临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之和的二分之一。

比较好的是，在上述冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法中，每个机架工作辊的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i与机架摩擦系数μ_i之间的数学关系具有如下形式：

${\mathrm{\μ}}_i=a_{1i}\×R_{\mathrm{ai}}^{b1i}+a_{2i}\×(1-e^{-b2\mathrm{iLi}})+C_i$

这里，a_1i、b_1i、a_2i和b_2i皆为通过实验得到的拟合系数，C_i为其它工艺参数对该机架摩擦系数μ_i的贡献。

本发明的上述目的还通过以下技术方案实现：

一种冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，包含在计算机系统上执行的以下步骤：

(1)对于每个钢种，设定冷带钢连轧机每个机架的目标摩擦系数μ^* _ij，其取值介于该机架的临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之间，这里，i为机架编号，j为钢种编号；

(2)对于n个钢种，对各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期进行优化计算，其中，优化目标函数P具有如下形式：

$P=B\×\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{({\mathrm{\η}}_j{F}_j-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j)}^2}+(1-B)\×\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j$

$F_j=A_j\×\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ij}}-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j})}^2}+(1-A_j)\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j}$

这里，n为被优化钢种的总数，η_j为钢种的加权系数并且 $\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j=1,$ B为n个钢种下各个机架ξ_ij值均匀度对目标函数P影响的加权系数，其取值介于0～1之间，A_j为第j个钢种下各个机架ξ_ij值均匀度对F_j影响的加权系数，其取值介于0～1之间，m为机架总数，并且 ${\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ij}}=|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}^{*}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}|,\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}^{*}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}|,$ μ_ij为第j个钢种下第i个机架的摩擦系数；

(3)以n个钢种下每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化计算结果作为相应的设定值，其中进一步包括：

(31)设定初始点，包括开始计算时所采用的各机架的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i的取值、初始步长和终止精度；

(32)根据初始点计算各机架的ξ_i值；

(33)根据全部机架的ξ_i值计算目标函数F的值；

(34)将目标函数值F与终止精度比较，如果大于终止精度，则进入步骤35；否则，则结束优化处理并输出本次计算ξ_i值和目标函数F所用的X＝{R_ai，L_i，i＝1，2，3，4，5}；

(35)根据步长重新设定数值集合并返回步骤32。

比较好的是，在上述冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法中，每个机架的目标摩擦系数μ^* _ij的取值等于该机架临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之和的二分之一。

比较好的是，在上述冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法中，对于每个钢种，确定每个机架工作辊的初始粗糙度R_aij和换辊周期L_ij与机架摩擦系数μ_ij之间的数学关系具有如下形式：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}=a_{1\mathrm{ij}}\×R_{\mathrm{aij}}^{b1\mathrm{ij}}+a_{2\mathrm{ij}}\×(1-e^{-b2\mathrm{ijLij}})+C_{\mathrm{ij}}$

这里，a_1ij、b_1ij、a_2ij和b_2ij皆为通过实验得到的拟合系数，C_ij为其它工艺参数对该机架摩擦系数μ_ij的贡献。

与现有技术相比，本发明的上述方法在设定轧辊工艺参数时，在考虑其它因素的前提下，还将打滑与热滑伤的防治因素也考虑进去，因此降低了冷连轧过程中打滑和热滑伤发生的概率，提高了轧制速度。此外，本发明采用的方法原理简洁清晰，适于采用商品化的数值计算软件包来处理，因此方便了在计算机上的实现。

附图说明

通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述，可以进一步理解本发明的目的、特征和优点，其中：

图1为冷带钢连轧工艺的示意图。

图2为按照本发明一个较佳实施例的目标函数优化处理的示意图。

具体实施方式

以下首先分析机架摩擦系数的取值与热滑伤和打滑之间的关系。

根据轧制理论，一方面，对于一个特定的轧制过程，在材质、压下量、来料厚度和前后张力等参数一定的情况下，机架摩擦系数越大，则轧制力越大，轧制功也越大，变形产生的热量也就越大，从而导致变形区的温度越高，因此热滑伤的发生几率也就越大；反之，机架摩擦系数越小，则热滑伤的发生几率就越小。可见，从防治热滑伤的角度出发，应该使机架摩擦系数尽可能地小。

另一方面，打滑发生概率可用下列打滑因子ψ表征：

$\mathrm{\ψ}=\frac{1}{4\mathrm{\μ}}|\sqrt{\frac{\mathrm{\Δh}}{R^{\′}}}+\frac{T_0-T_1}{P}|---\left(1\right)$

式中，μ为机架摩擦系数，Δh为绝对压下量，R′为工作辊压扁半径，T₀和T₁为总的前后张力，P为总轧制压力。由上式(1)可见，对于一个特定的轧制过程而言，在材质、压下量、来料厚度和前后张力等参数一定的情况下，机架摩擦系数越小，则ψ越大，打滑发生的几率也就越大，轧制过程越不稳定；反之，机架摩擦系数越大，ψ越小，打滑发生的几率也就越小。可见，从防治打滑的角度出发，应该使机架摩擦系数尽可能地大。

由上可见，为机架选择合适的摩擦系数(以下又称为目标摩擦系数)是防治热滑伤和打滑的的关键。由理论分析可知，对于每个机架i的特定轧制过程，必然存在一个临界打滑摩擦系数的值μ^* _hi使得该机架的打滑因子数值等于临界打滑因子，同样也必然存在一个临界热滑伤摩擦系数的值μ^* _ri使得该机架变形区处于临界滑伤状态。一般说来，只要轧制规程给定合理，则应该满足以下不等式：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{hi}}^{*}\≤{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ri}}^{*}---\left(2\right)$

由式(2)可见，为了避免出现打滑和热滑伤，每个机架i的目标摩擦系数μ^* _i的取值区间为 ${\mathrm{\μ}}_i^{*}\∈[{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{hi}}^{*},{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ri}}^{*}],$ 或者将μ^* _i表示为：

${\mathrm{\μ}}_i^{*}=k_s{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{hi}}^{*}+(1-k_s){\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ri}}^{*}---\left(3\right)$

并且0≤k_s≤1

一般而言，k_s取值为1/3～1/2对打滑和热滑伤的防治最为有利。

以下对影响机架摩擦系数的因素作理论分析。为便于分析，冷连轧机轧制过程中每个机架i的摩擦系数μ_i被分解为五类因素的贡献，即：

        μ_i＝μ_1i+μ_2i+μ_3i+μ_4i+μ_5i    (4)

其中，i为机架编号，μ_1i取决于工作辊换辊后的初始粗糙度(即刚刚更换后轧辊的粗糙度)，μ_2i取决于工作辊换辊周期(以换辊后的轧制公里数表示)，μ_3i取决于轧制过程的工艺参数，如轧制速度、前后张力和压下量等，在对工作辊的初始粗糙度和换辊周期进行优化设定时一般都使其保持为常数，μ_4i取决于支承辊换辊后的初始粗糙度，μ_5i取决于支承辊换辊后的轧制吨位。由于支承辊换辊后的初始粗糙度与轧制吨位对摩擦系数μ_i的贡献影响较小，可以忽略不计，因此式(4)进一步简化为：

         μ_i＝μ_1i+μ_2i+μ_3i           (5)

通过大量的现场试验和理论研究发现，对于每个机架i，其工作辊换辊后的初始粗糙度R_ai与μ_i以及换辊周期L_i与μ_2i都存在确定的函数关系，例如在某些情况下它们之间的关系可以分别用式(6)和(7)表示如下：

${\mathrm{\μ}}_{1i}=a_{1i}\·{\left(R_{\mathrm{ai}}\right)}^{b_{1i}}---\left(6\right)$

${\mathrm{\μ}}_{2i}=a_{2i}*(1-e^{b_{2i}{L}_i})---\left(7\right)$

式中：a_1i，b_1i—第i机架工作辊换辊后初始粗糙度对摩擦系数的影响系数；

      a_2i，b_2i—第i机架工作辊换辊后轧制公里数对摩擦系数的影响系数。上式中的a_a1i，b_1i a_2i，b_2i皆为拟合系数，可以通过实验确定。

值得指出的是，初始粗糙度和换辊周期与摩擦系数之间的对应关系还可以用上式(6)和(7)以外的其它形式表示，对于本领域内的技术人员来说，如何根据实际应用场合确定合适的对应关系表示形式与本发明的原理无关，因此上式(6)和7)不应理解为是对本发明范围和精神的限定。

由上式(5)可知，仅仅通过对轧制规程的综合优化只能选择一个合适的μ_3i值，尚不能保证机架摩擦系数μ_i处于同时防治打滑与热滑伤情况出现的取值区间[μ_hi ^*，μ_ri ^*]，一旦工作辊换辊后的初始粗糙度和换辊周期设置不当，完全有可能使μ_i偏离上述区间。为此，还必须对初始粗糙度和换辊周期进行优化，从而选择一个最优的μ_1i和μ_2i，确保轧制过程既不发生打滑又不发生热滑伤现象。

初始粗糙度和换辊周期的优化过程实际上就是在为各机架的工作辊选择合适的轧辊参数，使得能够满足给定的轧制规程和一组目标摩擦系数{μ^* _i}。以下借助实施例，对该优化过程作详细描述。

第一实施例

在本实施例中，假定整个轧制过程涉及5个机架，并且轧制规程已经确定，因此在下述优化过程中每个机架的摩擦系数μ_3i为给定的常数。此外，还假设每个机架工作辊的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i与机架摩擦系数μ_i之间的数学关系具有如下形式：

${\mathrm{\μ}}_i=a_{1i}\×{\left(R_{\mathrm{ai}}\right)}^{b_{1i}}+a_{2i}\×(1-e^{-b_{2i}\·\mathrm{Li}})+C_i---\left(8\right)$

这里，i为机架编号，a_1i、b_1i、a_2i和b_2i皆为通过实验得到的拟合系数，C_i为其它工艺参数对该机架摩擦系数μ_i的贡献，当不计式(4)中支承辊对摩擦系数的影响时，其等于轧制规程的摩擦系数μ_3i。

本实施例以下述方式完成优化过程。首先，在步骤1中，根据实验、理论分析或生产实际情况等确定每个机架的目标摩擦系数μ^* _i并输入计算机系统。如上所述，k_s取值为1/3～1/2对打滑和热滑伤的防治比较有利，因此这里将每个机架的目标摩擦系数都取值为该机架临界打滑摩擦系数μ^* _hi与临界热滑伤摩擦系数μ^* _ri之和的二分之一。

接着，在步骤2中，计算机系统建立各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化目标函数F。假设每个机架轧辊参数设定后的摩擦系数与各自目标摩擦系数的逼近程度为ξ_i＝|μ^* _i-μ_i|，则显而易见的是，优化结果应当既避免出现ξ_i整体值(即累加值)偏大的情况，又应当避免出现ξ_i整体值虽小但某一机架的ξ_i值偏大的情况。

由此建立如下形式的优化目标函数F：

$F=A\×\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}})}^2}+(1-A)\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}---\left(9\right)$

这里，m为被优化机架的总数，本实施例中取值为5， $\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{\μ}}_i^{*}-{\mathrm{\μ}}_i|.$ 在上式中， $\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}})}^2}$ 表示各个机架ξ_i值的均匀度，因此A为表征均匀度对目标函数F影响的加权系数，其取值介于0～1之间，同样， ξ表示各个机架ξ_i值的整体大小，因此(1-A)为表征整体大小对目标函数F影响的加权系数。加权系数A的具体取值可根据应用场合的实际情况确定，此处不作详述。

随后，在步骤3中，计算机系统对上述优化目标函数F进行优化处理以得到每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化值。该优化处理可以简单地描述为：寻找一个合适的初始粗糙度和换辊周期数值集合X＝{R_ai，L_i，i＝1，2，3，4，5}使得函数F取值最小，其具体的计算流程如图2所示。

在图2中，首先，在步骤3a中设定初始点(即开始计算时所采用的各机架的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i的取值)、初始步长和终止精度。接着，在步骤3b中，计算机系统根据初始点计算各机架的ξ_i值。随后在步骤步骤3c中，计算机系统根据全部机架的ξ_i值计算目标函数F的值。接着，在步骤3d中，计算机系统将目标函数值F与终止精度比较，如果大于终止精度，则进入步骤3e，根据步长重新设定数值集合并返回步骤3b；否则，则结束优化处理并输出本次计算ξ_i值和目标函数F所用的X＝{R_ai，L_i，i＝1，2，3，4，5}。

最后，在步骤4中，上述数值集合X＝{R_ai，L_i，i＝1，2，3，4，5}被设定为生产过程中各机架工作辊的优化轧辊参数。

第二实施例

在实际生产中，一台连轧机往往要轧制多个规格的产品，因此往往要求为连轧机优化设计一个适合多规格产品或钢种生产的工作辊初始粗糙度和换辊周期。在本实施例中，假定涉及的钢种数量为n个，整个轧制过程包含m个机架，并且轧制规程已经确定，因此在下述优化过程中每个机架的摩擦系数为给定的常数。此外，还假设在任一种钢种下，每个机架工作辊的初始粗糙度R_aij和换辊周期L_ij与机架摩擦系数μ_ij之间的数学关系具有如下形式：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}=a_{1\mathrm{ij}}\×{\left(R_{\mathrm{aij}}\right)}^{b_{1\mathrm{ij}}}+a_{2\mathrm{ij}}\×(1-e^{-b_{2\mathrm{ij}}\·L_{\mathrm{ij}}})+C_{\mathrm{ij}}---\left(10\right)$

这里，i和j分别为机架编号和钢种编号，a_1ij、b_1ij、a_2ij和b_2ij皆为通过实验得到的拟合系数，C_ij为其它工艺参数对该机架摩擦系数μ_ij的贡献，当不计式(4)中支承辊对摩擦系数的影响时，其等于轧制规程的摩擦系数。

本实施例以下述方式完成优化过程。首先，在步骤1中，根据实验、理论分析或生产实际情况等确定每个机架的目标摩擦系数μ^* _ij并输入计算机系统。与第一实施例相同，这里将每个机架的目标摩擦系数都取值为该机架临界打滑摩擦系数μ^* _hij与临界热滑伤摩擦系数μ^* _rij之和的二分之一。

接着，在步骤2a中，计算机系统建立每个个钢种下各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化目标函数。假设第j个钢种下每个机架轧辊参数设定后的摩擦系数与各自目标摩擦系数的逼近程度为ξ_ij＝|μ^* _ij-μ_ij|，则显而易见的是，在第j个钢种下的优化结果应当既避免出现ξ_ij整体值(即累加值)偏大的情况，又应当避免出现ξ_ij整体值虽小但某一机架的ξ_ij值偏大的情况。

由此建立如下形式的第j个钢种下的优化目标函数F_j：

$F_j=A_j\×\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ij}}-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j})}^2}+(1-A_j)\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j}---\left(11\right)$

这里，m为被优化机架的总数， $\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}^{*}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}|.$ 在上式中， $\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ij}}-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j})}^2}$ 表示各个机架ξ_ij值的均匀度，因此A_j为表征均匀度对目标函数F_j影响的加权系数，其取值介于0～1之间，同样， ξ_j表示各个机架ξ_ij值的整体大小，因此(1-A_j)为表征整体大小对目标函数F_j影响的加权系数。加权系数A_j的具体取值可根据应用场合的实际情况确定，此处不作详述。

随后，进入步骤2b，计算机系统在上述目标函数F_j(j＝1～n)的基础上建立n个钢种下各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化目标函数P。由于在实际生产中各个钢种的产量和重要性各不相同，因此对目标函数P的影响程度各异，为此引入加权系数η_j来表示各钢种的重要程度，这里 $\underset{j=1}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{\η}}_j=1.$

由此建立如下形式的优化目标函数P：

$P=B\×\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{({\mathrm{\η}}_j{F}_j-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j)}^2}+(1-B)\×\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j---\left(12\right)$

在上式中， $\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{({\mathrm{\η}}_j{F}_j-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j)}^2}$ 表示各个机架ξ_ij值的均匀度，因此B为表征均匀度对目标函数P影响的加权系数，其取值介于0～1之间，同样， $\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j$ 表示各个机架ξ_ij值的整体大小，因此(1-B)为表征整体大小对目标函数P影响的加权系数。加权系数B的具体取值可根据应用场合的实际情况确定，此处不作详述。

随后，在步骤3中，计算机系统对上述优化目标函数P进行优化处理以得到每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化值。该优化处理可以简单地描述为：寻找一个合适的初始粗糙度和换辊周期数值集合X＝{R_aij，L_ij，i＝1～m，j＝1～n}使得函数P取值最小，其具体的计算流程与第一实施例中计算目标函数F的相同，因此此处不再赘述。

最后，在步骤4中，上述数值集合X＝{R_aij，L_ij，i＝1～m，j＝1～n}被设定为生产过程中各机架工作辊的优化轧辊参数。

Claims (6)

1、一种冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，其特征在于，包含在计算机系统上执行的以下步骤：

(1)设定冷带钢连轧机每个机架的目标摩擦系数μ^* _i，其取值介于该机架的临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之间，这里，i为机架编号；

(2)对各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期进行优化计算，其中，优化目标函数F具有如下形式：

$F=A\×\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}})}^2}+(1-A)\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}$

这里，m为被优化机架的总数，A为各个机架ξ_i值均匀度对目标函数F影响的加权系数，其取值介于0～1之间，并且 ${\mathrm{\ξ}}_i=|{\mathrm{\μ}}_i^{*}-{\mathrm{\μ}}_i|,\stackrel{\‾}{\mathrm{\ξ}}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{\μ}}_i^{*}-{\mathrm{\μ}}_i|,$ μ_i为第i个机架的摩擦系数；

(3)以每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化计算结果作为相应的设定值，其中进一步包括：

(31)设定初始点，包括开始计算时所采用的各机架的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i的取值、初始步长和终止精度；

(32)根据初始点计算各机架的ξ_i值；

(33)根据全部机架的ξ_i值计算目标函数F的值；

(34)将目标函数值F与终止精度比较，如果大于终止精度，则进入步骤35；否则，则结束优化处理并输出本次计算ξ_i值和目标函数F所用的X＝{R_ai，L_i，i＝1，2，3，4，5}；

(35)根据步长重新设定数值集合并返回步骤32。

2、如权利要求1所述的冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，其特征在于，每个机架的目标摩擦系数μ^* _i的取值等于该机架临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之和的二分之一。

3、如权利要求1或2所述的冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，其特征在于，每个机架工作辊的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i与机架摩擦系数μ_i之间的数学关系具有如下形式：

${\mathrm{\μ}}_i=a_{1i}\×{\left(R_{\mathrm{ai}}\right)}^{b1i}+a_{2i}\×(1-e^{{-b}_{2i}\·L_i})+C_i$

这里，a_1i、b_1i、a_2i和b_2i皆为通过实验得到的拟合系数，C_i为其它工艺参数对该机架摩擦系数μ_i的贡献。

4、一种冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，其特征在于，包含在计算机系统上执行的以下步骤：

(1)对于每个钢种，设定冷带钢连轧机每个机架的目标摩擦系数μ^* _ij，其取值介于该机架的临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之间，这里，i为机架编号，j为钢种编号；

(2)对于n个钢种，对各机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期进行优化计算，其中，优化目标函数P具有如下形式：

$P=B\×\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\sqrt{{({\mathrm{\η}}_j{F}_j-\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j)}^2}+(1-B)\×\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j{F}_j$

$F_j=A_j\×\sqrt{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{({\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ij}}-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j})}^2}+(1-A_j)\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j}$

这里，n为被优化钢种的总数，η_j为钢种的加权系数并且 $\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\η}}_j=1,$ B为n个钢种下各个机架ξ_ij值均匀度对目标函数P影响的加权系数，其取值介于0～1之间，A_j为第j个钢种下各个机架ξ_ij值均匀度对F_j影响的加权系数，其取值介于0～1之间，m为机架总数，并且 ${\mathrm{\ξ}}_{\mathrm{ij}}=|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}^{*}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}|,\stackrel{\‾}{{\mathrm{\ξ}}_j}=\frac{1}{m}\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}|{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}^{*}-{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}|,$ μ_ij为第j个钢种下第i个机架的摩擦系数；

(3)以n个钢种下每个机架工作辊的初始粗糙度和换辊周期的优化计算结果作为相应的设定值，其中进一步包括：

(31)设定初始点，包括开始计算时所采用的各机架的初始粗糙度R_ai和换辊周期L_i的取值、初始步长和终止精度；

(32)根据初始点计算各机架的ξ_i值；

(33)根据全部机架的ξ_i值计算目标函数F的值；

(34)将目标函数值F与终止精度比较，如果大于终止精度，则进入步骤35；否则，则结束优化处理并输出本次计算ξ_i值和目标函数F所用的X＝{R_ai，L_i，i＝1，2，3，4，5}；

(35)根据步长重新设定数值集合并返回步骤32。

5、如权利要求4所述的冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，其特征在于，每个机架的目标摩擦系数μ^* _ij的取值等于该机架临界打滑摩擦系数与临界热滑伤摩擦系数之和的二分之一。

6、如权利要求4或5所述的冷带钢连轧机轧辊工艺参数的优化控制方法，其特征在于，对于每个钢种，确定每个机架工作辊的初始粗糙度R_aij和换辊周期L_ij与机架摩擦系数μ_ij之间的数学关系具有如下形式：

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{ij}}=a_{1\mathrm{ij}}\×{\left(R_{\mathrm{aij}}\right)}^{b_{1\mathrm{ij}}}+a_{2\mathrm{ij}}\×(1-e^{{-b}_{2\mathrm{ij}}\·L_{\mathrm{ij}}})+C_{\mathrm{ij}}$

这里，a_1ij、b_1ij、a_2ij和b_2ij皆为通过实验得到的拟合系数，C_ij为其它工艺参数对该机架摩擦系数μ_ij的贡献。

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