專利名稱：一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱連軋生產(chǎn)控制方法，具體涉及一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù) 測和控制方法。
背景技術(shù)：
在熱軋帶鋼生產(chǎn)中，精軋機(jī)組終軋溫度的控制精度直接影響到最終產(chǎn)品的組織性 能。精軋帶鋼全長終軋溫度控制一直是熱軋生產(chǎn)中的重要研究課題，也是難點(diǎn)之一。現(xiàn)有的 熱軋帶鋼生產(chǎn)線，一般是通過預(yù)先設(shè)計(jì)穿帶速度和溫度加速度，并對機(jī)架間噴淋水進(jìn)行PID 控制，來實(shí)現(xiàn)對終軋溫度的控制，但精軋溫度控制具有典型的滯后性，用經(jīng)典的PID控制方 法難以得到理想的控制效果。為此，人們嘗試進(jìn)行改進(jìn)，探索新的方法。如采用工藝模型進(jìn)行精軋終軋溫度的預(yù) 測和控制。由于在精軋生產(chǎn)過程中，影響精軋終軋溫度的因素眾多，如中間輥道的保溫狀 態(tài)、高壓除鱗模式、各個(gè)機(jī)架間的冷卻水量、軋制速度和加速度等。采用工藝模型進(jìn)行溫度 預(yù)報(bào)，要考慮非常多的因素，包括各種過程變量和各種傳熱學(xué)物理系數(shù)等，這給工藝模型的 準(zhǔn)確性帶來很大的不確定性。同時(shí)，工藝模型也很難跟蹤過程實(shí)時(shí)動態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，通過對 過程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)，建立精軋終軋溫度的實(shí)時(shí)預(yù)測模型，并對精軋終軋溫 度進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的無法實(shí)時(shí)監(jiān)控工況建立精軋溫度控制模型，以 及由控制滯后引起的控制精度不高問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，由以下步驟組成(1)設(shè)定采樣周期、預(yù)測模型的輸入輸出變量及其階次，其中預(yù)測模型的輸入變量 為指定機(jī)架水量和終軋機(jī)架穿帶速度，預(yù)測模型的輸出變量為終軋溫度；(2)在每個(gè)固定的采樣周期，進(jìn)行以下步驟a、采集預(yù)測模型的輸入輸出變量，并按照步驟(1)設(shè)定的預(yù)測模型變量階次，確 定模型結(jié)構(gòu)，構(gòu)造相應(yīng)的輸入輸出數(shù)據(jù)回歸向量矩陣和建模用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；b、對步驟(a)得到的輸入輸出數(shù)據(jù)回歸向量矩陣進(jìn)行去噪處理；C、基于步驟(a)得到的建模用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立終軋溫度的非線性 輸入輸出預(yù)測模型；d、檢驗(yàn)預(yù)測模型對終軋溫度的預(yù)測值與實(shí)際值變化趨勢的一致程度，如果基本一 致，則將非線性模型在當(dāng)前工作點(diǎn)線性化，得到線性模型；否則，不進(jìn)行后續(xù)控制計(jì)算，直接 返回步驟(a)；e、基于步驟(d)得到的線性模型，選擇指定機(jī)架水量為控制變量，并參考實(shí)際設(shè) 備和工藝條件，定義有限時(shí)域滾動優(yōu)化問題；
f、求解步驟(e)中得到的優(yōu)化問題，得到相應(yīng)控制決策向量，該向量的第一個(gè)元 素經(jīng)限幅處理后作為當(dāng)前采樣周期的控制決策；(3)重復(fù)步驟(a)——步驟⑴至控制任務(wù)結(jié)束，構(gòu)建精軋溫度預(yù)測和控制系統(tǒng)；所述的步驟(a)中，在每個(gè)采樣周期，都會采集新的指定機(jī)架水量、終軋機(jī)架穿帶 速度和終軋溫度，并將新的數(shù)據(jù)加入到建模用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。所述的步驟(b)包括如下步驟根據(jù)精軋?jiān)O(shè)備和工藝條件，確定變量終軋溫度、指定機(jī)架水量和終軋機(jī)架穿帶速 度及其變化率的上下限；用變量值和變量變化率的上下限對所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。所述的步驟(C)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為建立統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，統(tǒng)計(jì)學(xué)模型中的核函數(shù)為 RBF核函數(shù)，具體的非線性模型形式為
權(quán)利要求
1.一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，其特征在于由以下步驟組成(1)設(shè)定采樣周期、預(yù)測模型的輸入輸出變量及其階次，其中預(yù)測模型的輸入變量為指 定機(jī)架水量和終軋機(jī)架穿帶速度，預(yù)測模型的輸出變量為終軋溫度；(2)在每個(gè)固定的采樣周期，進(jìn)行以下步驟a、采集預(yù)測模型的輸入輸出變量，并按照步驟(1)設(shè)定的預(yù)測模型變量階次，確定模 型結(jié)構(gòu)，構(gòu)造相應(yīng)的輸入輸出數(shù)據(jù)回歸向量矩陣和建模用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集；b、對步驟(a)得到的輸入輸出數(shù)據(jù)回歸向量矩陣進(jìn)行去噪處理；C、基于步驟(a)得到的建模用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法建立終軋溫度的非線性輸入 輸出預(yù)測模型；d、檢驗(yàn)預(yù)測模型對終軋溫度的預(yù)測值與實(shí)際值變化趨勢的一致程度，如果基本一致， 則將非線性模型在當(dāng)前工作點(diǎn)線性化，得到線性模型；否則，不進(jìn)行后續(xù)控制計(jì)算，直接返 回步驟(a)；e、基于步驟(d)得到的線性模型，選擇指定機(jī)架水量為控制變量，定義有限時(shí)域滾動 優(yōu)化問題；f、求解步驟(e)中得到的優(yōu)化問題，得到相應(yīng)控制決策向量，該向量的第一個(gè)元素經(jīng) 限幅處理后作為當(dāng)前采樣周期的控制決策；(3)重復(fù)步驟(a)——步驟⑴至控制任務(wù)結(jié)束，構(gòu)建精軋溫度預(yù)測和控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，其特征 在于所述的步驟(a)中，在每個(gè)采樣周期，都會采集新的指定機(jī)架水量、終軋機(jī)架穿帶速度 和終軋溫度，并將新的數(shù)據(jù)加入到建模用訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，其特征 在于所述的步驟(b)包括如下步驟根據(jù)精軋?jiān)O(shè)備和工藝條件，確定變量終軋溫度、指定機(jī)架水量和終軋機(jī)架穿帶速度及 其變化率的上下限；用變量值和變量變化率的上下限對所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。
4.如權(quán)利要求1中所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，其特征 在于所述的步驟(c)中的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為建立統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，統(tǒng)計(jì)學(xué)模型中的核函數(shù)為RBF核 函數(shù)，具體的非線性模型形式為
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，其特征 在于所述的步驟(d)包括如下步驟對比終軋溫度實(shí)際值序列Ta({Ta(t)，Ta(t-1)，Ta(t-2)，L})和模型預(yù)測值序列 Tp({Tp(t-l)，Tp(t-2)，L})，如果終軋溫度實(shí)際值序列與模型預(yù)測值序列之間偏差的交流分 量連續(xù)若干采樣周期不超過指定的交流分量上限，則認(rèn)定當(dāng)前時(shí)刻終軋溫度的預(yù)測值與實(shí) 際值基本一致。如果預(yù)測模型對終軋溫度的預(yù)測值與實(shí)際值基本一致，則將非線性模設(shè)在當(dāng)前工作點(diǎn)線性化，所得線性模型形式如下
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，其特征 在于所述的步驟(e)包括如下步驟參考實(shí)際設(shè)備和工藝條件，定義優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，函數(shù)中包括溫度控制偏差懲罰項(xiàng)和控 制量增量懲罰項(xiàng)；選定優(yōu)化時(shí)域和控制時(shí)域，從而定義如下滾動時(shí)域優(yōu)化問題，具體公式 為
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，其特征 在于所述的步驟(f)包括如下步驟通過矩陣計(jì)算，得到如下最優(yōu)控制增量序列[Aq(t)，Aq(t+1)，L，Aq(t+M_l)]；參考實(shí)際設(shè)備和工藝條件，確定水量的上下限約束和變化率約束。如果AqU)超限 則，對其進(jìn)行限幅；由控制增量序列得到相應(yīng)的控制決策序列為[q (t-1) + Δ q (t) , q (t_l) + Δ q (t) + Δ q (t+1) , L, q (t_l) + Δ q (t) +L+ Δ q (t+M_l)]其中序列的第一個(gè)元素q (t) = q (t-1) + Δ q (t)，如果q (t)超限，也要進(jìn)行限幅，最終所 得q(t)即當(dāng)前時(shí)刻的控制決策。
全文摘要
本發(fā)明為一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，涉及溫度控制領(lǐng)域?，F(xiàn)有精軋溫度控制具有典型的滯后性，難以得到理想的控制效果。本發(fā)明提供了一種基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)的精軋終軋溫度預(yù)測和控制方法，該方法在每個(gè)控制周期，首先以穿帶速度和指定機(jī)架水量為自變量，終軋溫度為因變量，用精軋過程數(shù)據(jù)建立統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)測模型，對終軋溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)測；然后在預(yù)測模型的預(yù)測值與實(shí)際值變化趨勢一致的前提下，基于給定終軋目標(biāo)溫度和預(yù)測模型，采用滾動時(shí)域優(yōu)化算法，給出水量的有限時(shí)域滾動優(yōu)化控制決策。本發(fā)明可以根據(jù)精軋實(shí)時(shí)動態(tài)給出在線實(shí)時(shí)溫度預(yù)測，并根據(jù)溫度預(yù)測對終軋溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制決策，滿足實(shí)時(shí)性要求。
文檔編號B21B37/74GK102069095SQ20091027279
公開日2011年5月25日 申請日期2009年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月20日
發(fā)明者劉斌, 勞兆利, 單旭沂, 葉紅衛(wèi), 張尉, 方康玲, 梁開, 董暉, 蔣崢 申請人:劉斌, 勞兆利, 單旭沂, 葉紅衛(wèi), 張尉, 方康玲, 梁開, 董暉, 蔣崢