專利名稱：一種控制帶鋼溫度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制帶鋼溫度的方法，用于冷軋廠連續(xù)退火機(jī)組、熱鍍鋅機(jī)組等連續(xù)生產(chǎn)線的帶鋼溫度控制。
背景技術(shù)：
帶鋼溫度控制是整個(gè)生產(chǎn)線的核心控制技術(shù)之一，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量起著非常重要的作用，一般是采用加熱爐數(shù)學(xué)模型來控制帶鋼的溫度，目前現(xiàn)有的加熱爐數(shù)學(xué)模型大部分都是按照具體的生產(chǎn)工藝廠家而定，生產(chǎn)工藝廠家不同，其相應(yīng)的退火爐數(shù)學(xué)模型機(jī)理也不相同，而且響應(yīng)速度慢，控制精度也不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可快速、準(zhǔn)確控制帶鋼溫度的方法，其通過參數(shù)配置可適用于不同生產(chǎn)線。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案提供一種控制帶鋼溫度的方法，其包括如下步驟A、根據(jù)通板順序、鋼板的基本數(shù)據(jù)、中央段的速度設(shè)定值、帶鋼的實(shí)際溫度、帶鋼的目標(biāo)溫度、工藝數(shù)字模型的自學(xué)習(xí)參數(shù)，利用廣義預(yù)測(cè)控制原理，根據(jù)帶溫動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)將來某一時(shí)刻的帶溫；B、使目標(biāo)帶鋼的溫度與預(yù)測(cè)帶溫的差達(dá)到最小值為原則，計(jì)算出需要的煤氣流量偏差；C、再根據(jù)實(shí)際煤氣流量結(jié)合煤氣流量偏差計(jì)算出煤氣流量設(shè)定值；
D、將煤氣流量設(shè)定值發(fā)送至儀表控制設(shè)備；E、在溫態(tài)時(shí)根據(jù)實(shí)際帶溫進(jìn)行靜態(tài)模型及動(dòng)態(tài)模型的自學(xué)習(xí)，并再次進(jìn)行煤氣流量設(shè)定值計(jì)算。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)加熱爐的數(shù)學(xué)模型利用了廣義的預(yù)測(cè)控制原理(GPC)，對(duì)于不斷改變目標(biāo)值的系統(tǒng)來說，GPC是最合適的控制理論。基于GPC，根據(jù)帶溫動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)將來某時(shí)刻的帶溫，并使目標(biāo)帶溫與預(yù)測(cè)帶溫之差達(dá)到最小值為原則，求得煤氣流量。預(yù)測(cè)帶溫是隨帶鋼寬度、厚度變化或帶鋼速度而變化，而目標(biāo)帶溫隨產(chǎn)品卷變化而變化。該模型提供了響應(yīng)快又穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。該模型從熱力學(xué)平衡方程和系統(tǒng)狀態(tài)方程，導(dǎo)出加熱爐帶溫控制的靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型，再根據(jù)預(yù)測(cè)控制原理來計(jì)算煤氣流量的增量，并用帶遺忘因子的遞推最小二乘法，來修正數(shù)學(xué)模型的系數(shù)。實(shí)際應(yīng)用效果良好，系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)目標(biāo)帶鋼溫度與實(shí)際溫度不超過3度。
1、利用廣義預(yù)測(cè)控制原理(GPC)控制帶鋼溫度，響應(yīng)速度非?？欤刂凭雀?；2、與生產(chǎn)工藝關(guān)聯(lián)不大，不管退火爐工藝廠商和生產(chǎn)工藝不同，只要對(duì)參數(shù)作配置均可使用本方法。
3、自動(dòng)分配煤氣流量，該方法能根據(jù)鋼種、規(guī)格自動(dòng)分配各爐區(qū)煤氣流量。
4、消除由于爐溫造成的帶鋼跑偏，加熱爐各爐區(qū)之間如果存在不合理的爐溫偏差，容易造成帶鋼的跑偏，該方法能通過自動(dòng)分配各爐區(qū)煤氣流量，而消滅這種爐溫偏差。


圖1是本發(fā)明的一種控制帶鋼溫度的方法的流程圖。
圖2是帶鋼目標(biāo)溫度的計(jì)算和實(shí)際中央線速度的關(guān)系。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示本發(fā)明的控制帶鋼溫度的方法包括如下步驟1、根據(jù)通板順序、鋼板的基本數(shù)據(jù)、中央段的速度設(shè)定值、帶鋼的實(shí)際溫度、帶鋼的目標(biāo)溫度、工藝數(shù)字模型的自學(xué)習(xí)參數(shù)，利用廣義預(yù)測(cè)控制原理(GPC)，根據(jù)帶溫動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)將來某一時(shí)刻的帶溫；2、使目標(biāo)帶鋼的溫度與預(yù)測(cè)帶溫的差達(dá)到最小值為原則，計(jì)算出需要的煤氣流量偏差；3、再根據(jù)實(shí)際煤氣流量結(jié)合煤氣流量偏差計(jì)算出煤氣流量設(shè)定值；4、將煤氣流量設(shè)定值發(fā)送至儀表控制設(shè)備；5、在溫態(tài)時(shí)根據(jù)實(shí)際帶溫進(jìn)行靜態(tài)模型及動(dòng)態(tài)模型的自學(xué)習(xí)，并再次進(jìn)行煤氣流量設(shè)定值計(jì)算。
下面結(jié)合上述步驟，詳細(xì)說明本發(fā)明的處理過程其中，步驟1中帶鋼目標(biāo)溫度的計(jì)算如下1)正常帶鋼目標(biāo)溫度的確定標(biāo)準(zhǔn)正常的帶鋼目標(biāo)溫度由基本的熱循環(huán)代碼決定TSoa＝TSol+TSmoTSoa帶鋼在HC出口的目標(biāo)溫度TSol適當(dāng)帶鋼的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)溫度TSmo操作員通過VDU輸入正常帶鋼的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)修改溫度值2)過渡帶鋼目標(biāo)溫度的確定標(biāo)準(zhǔn)虛擬的帶鋼目標(biāo)溫度由生產(chǎn)線操作員決定TSoa＝TSol+TSmoTSoa帶鋼在HF出口的目標(biāo)溫度TSol適當(dāng)帶鋼的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)溫度TSmo操作員通過VDU輸入的虛擬帶鋼標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)修改溫度值3)帶鋼目標(biāo)溫度的確定(熱循環(huán)代碼C1，R2)目標(biāo)帶鋼溫度的計(jì)算和實(shí)際中央線速度的關(guān)系如圖2所示目標(biāo)帶鋼溫度根據(jù)熱循環(huán)代碼確定，然后不同的實(shí)際中央線速度有不同的目標(biāo)帶鋼溫度，實(shí)際中央線速度與目標(biāo)帶鋼溫度的關(guān)系由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定，其中中央線速度指爐子段的帶鋼速度。
其中，帶鋼溫度靜態(tài)模型如下SVF≡TSS-TSiTF-TSi]]>=1-exp[-1s1·(TV-TVave)+s2·TV·(TV-TVave)+s3·TV·(TF-TFave)+s4]]]>其中t 采樣時(shí)間S 交換面積TH帶鋼厚度WD帶鋼寬度VS帶鋼線速度TF爐溫
TSi加熱段入口帶溫TSS帶溫靜態(tài)值(穩(wěn)態(tài)，即當(dāng)TF，TH，VS是常數(shù))TV 面積速度(TH×VS)TVave TV的平均值TFave TF的平均值SVF爐溫系數(shù)s1，...，s4模型自學(xué)習(xí)參數(shù)p 帶鋼比重Cρ帶鋼比熱σ0Stefan-Boltzmann系數(shù)φ 帶鋼輻射系數(shù)根據(jù)靜態(tài)模型得出帶鋼溫度動(dòng)態(tài)模型如下yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(t)]]>yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(t)]]>輸出是板溫偏差，輸入是煤氣流量偏差乘上一個(gè)時(shí)變系數(shù)；干擾則是在帶鋼速度、厚度、寬度的變化引起的一系列動(dòng)態(tài)干擾。
y(t)≡TS(t)-TSaveu(k)＝DVF(k)*{FL(k)-FLave}w1≡TST(k-1)
w2≡DSS(k)w3≡DVF(k)*{WD(k)*TH(k)*VS(k)-WTVave}w4≡DVF(k) k＝t+1，...，t+dDVF(k)≡∂(TSS)∂(TF)]]>其中d 帶鋼升溫延遲時(shí)間(見圖3-1)yhat(t)采樣時(shí)y(t)的估計(jì)值TV 面積速度(TH*VS)FL 煤氣流量WD 帶鋼寬度SVF 爐子溫度系數(shù)DVF 爐溫微分系數(shù)DSS 帶溫常數(shù)項(xiàng)變化量，(當(dāng)TH×VS發(fā)生變化后)TST 帶溫一次延遲項(xiàng)(當(dāng)TH×VS發(fā)生變化后，帶溫修正項(xiàng))TSaveTS的平均值FLaveFL的平均值WTVaveWD×TH×VS的平均值a1，b1-bm，c1-c4模型自學(xué)習(xí)參數(shù)n 常數(shù)根據(jù)帶鋼動(dòng)態(tài)模型計(jì)算煤氣流量的增量
在廣義預(yù)測(cè)控制中GPC(Generalized Predictive Control)中，預(yù)測(cè)模型采用受控自回歸積分滑動(dòng)模型CARIMA(controlled auto_regressiveintegrated moving average)，廣義預(yù)測(cè)控制規(guī)律的優(yōu)化目標(biāo)是minJ=E{Σj=N1N2ρ(j){r(t+j)-y(t+j)}2+wΣk=1NUΔu′(t+k-1)2}]]>其中W操作量的權(quán)重ρ(j)帶溫偏差的權(quán)重r目標(biāo)帶溫y實(shí)際帶溫N1 無效控制時(shí)間(延遲時(shí)間)N2 預(yù)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間NU 距當(dāng)前點(diǎn)的某時(shí)刻Δu′操作量的增量(FL(t)-FL(t-1))根據(jù)煤氣流量增量計(jì)算煤氣流量的參考值FLsv＝FLpv+Δu′(t)FLsv煤氣流量的參考值FLpv煤氣流量的實(shí)際值Δu′(t)煤氣流量增量其中，步驟5中的靜態(tài)模型的自學(xué)習(xí)系數(shù)計(jì)算如下shatj(t)＝shatj(t-1)+Kj*ε(t)Kj≡pj*φj(t)1+Σi=14pi*φi(t)2]]>其中pj自適應(yīng)增益其中TV TH×VSt 采樣時(shí)間shat1參數(shù)1的估計(jì)值shat2參數(shù)2的估計(jì)值shat3參數(shù)3的估計(jì)值shat4參數(shù)4的估計(jì)值pj自適應(yīng)增益步驟5中的動(dòng)態(tài)模型的自學(xué)習(xí)系數(shù)計(jì)算如下 Λ(t)為N×N的矩陣，N＝n+5 λi(t)是遺忘因子λi(t)≡1-gi*ϵ(t)21+φ‾(t)TP(t-1)*φ‾(t)]]>其中g(shù)i響應(yīng)θ的第i個(gè)成員的常數(shù)λi響應(yīng)θ的第i個(gè)成員的遺忘因子θhat(t)在采樣t時(shí)刻的估計(jì)值
n 控制區(qū)上述模型運(yùn)算時(shí)刻點(diǎn)為(1)在下列時(shí)間計(jì)算帶溫目標(biāo)值1)每T1秒2)當(dāng)中央線速度改變超過XM/MIN時(shí)。
(2)計(jì)算混合煤氣流量率在下列時(shí)間1)以上提到的所有時(shí)間(3)參數(shù)自學(xué)的執(zhí)行時(shí)間1)1)每T1秒上述運(yùn)算的前提條件如下(1)計(jì)算機(jī)方式條件1)跟蹤方式ON2)與儀表的數(shù)據(jù)鏈通訊正常(2)功能設(shè)計(jì)的條件1)為每一個(gè)燃燒區(qū)設(shè)定一個(gè)混合煤氣流量率的上限值2)為每一個(gè)燃燒區(qū)設(shè)定一個(gè)混合煤氣流量率的下限值3)如果帶溫控制被禁止，該功能取消計(jì)算機(jī)方式應(yīng)當(dāng)信號(hào)(3)目標(biāo)計(jì)算值(最后需要計(jì)算的值)1)帶鋼在HF爐出口的目標(biāo)參考值2)混合煤氣流量率參考值3)模型參數(shù)另外，還對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行上下限檢查，如果數(shù)據(jù)超出上下限計(jì)算機(jī)方式將被禁止。
權(quán)利要求
1.一種控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，包括如下步驟A、根據(jù)通板順序、鋼板的基本數(shù)據(jù)、中央段的速度設(shè)定值、帶鋼的實(shí)際溫度、帶鋼的目標(biāo)溫度、工藝數(shù)字模型的自學(xué)習(xí)參數(shù)，利用廣義預(yù)測(cè)控制原理，根據(jù)帶溫動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)將來某一時(shí)刻的帶溫；B、使目標(biāo)帶鋼的溫度與預(yù)測(cè)帶溫的差達(dá)到最小值為原則，計(jì)算出需要的煤氣流量偏差；C、再根據(jù)實(shí)際煤氣流量結(jié)合煤氣流量偏差計(jì)算出煤氣流量設(shè)定值；D、將煤氣流量設(shè)定值發(fā)送至儀表控制設(shè)備；E、在溫態(tài)時(shí)根據(jù)實(shí)際帶溫進(jìn)行靜態(tài)模型及動(dòng)態(tài)模型的自學(xué)習(xí)，并再次進(jìn)行煤氣流量設(shè)定值計(jì)算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，步驟A中所述的帶鋼目標(biāo)溫度由基本的熱循環(huán)代碼決定，計(jì)算公式為TSoa＝TSol+Tsmo，其中，Tsoa為帶鋼在HC出口的目標(biāo)溫度，Tsol為適當(dāng)帶鋼的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)溫度，Tsmo為操作員通過VDU輸入正常帶鋼的標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)修改溫度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，所述目標(biāo)帶鋼溫度根據(jù)熱循環(huán)代碼確定，不同的實(shí)際中央線速度有不同的目標(biāo)帶鋼溫度，其中，中央線速度指爐子段的帶鋼速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，在下列時(shí)間計(jì)算帶溫目標(biāo)值，1)每T1秒，2)當(dāng)中央線速度改變超過XM/MIN時(shí)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，所述的帶鋼溫度靜態(tài)模型如下SVF≡TSS-TSiTF-TSi]]>=1-exp[-1s1·(TV-TVave)+s2·TV·(TV-TVave)+s3·TV·(TF-TFave)+s4]]]>其中t為采樣時(shí)間，S為交換面積，TH為帶鋼厚度，WD為帶鋼寬度，VS為帶鋼線速度，TF為爐溫，Tsi為加熱段入口帶溫，TSS為帶溫靜態(tài)值，TV為面積速度，Tvave為TV的平均值，Tfave為TF的平均值，SVF為爐溫系數(shù)，s1，...，s4為模型自學(xué)習(xí)參數(shù)，ρ為帶鋼比重，Cρ為帶鋼比熱，σ0為Stefan-Boltzmann系數(shù)，φ為帶鋼輻射系數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，根據(jù)靜態(tài)模型得出帶鋼溫度動(dòng)態(tài)模型如下yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(i)]]>yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(t)]]>輸出是板溫偏差，輸入是煤氣流量偏差乘上一個(gè)時(shí)變系數(shù)；干擾則是在帶鋼速度、厚度、寬度的變化引起的一系列動(dòng)態(tài)干擾。y(t)≡TS(t)-TSaveu(k)＝DVF(k)*{FL(k)-FLave}w1≡TST(k-1)w2≡DSS(k)w3≡DVF(k)*{WD(k)*TH(k)*VS(k)-WTVave}w4≡DVF(k)k＝t+1，...，t+dDVF(k)≡∂(TSS)∂(TF)]]>其中d為帶鋼升溫延遲時(shí)間，yhat(t)為采樣時(shí)y(t)的估計(jì)值，TV為面積速度，F(xiàn)L為煤氣流量，WD為帶鋼寬度，SVF為爐子溫度系數(shù)，DVF為爐溫微分系數(shù)，DSS為帶溫常數(shù)項(xiàng)變化量，TST為帶溫一次延遲項(xiàng)，TSave為TS的平均值，F(xiàn)Lave為FL的平均值，WTVave為WD×TH×VS的平均值，a1，b1-bm，c1-c4為模型自學(xué)習(xí)參數(shù)，n為常數(shù)
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，根據(jù)所述帶鋼動(dòng)態(tài)模型計(jì)算煤氣流量的增量在廣義預(yù)測(cè)控制中，預(yù)測(cè)模型采用受控自回歸積分滑動(dòng)模型，廣義預(yù)測(cè)控制規(guī)律的優(yōu)化目標(biāo)是minJ=E{Σj=N1N2ρ(j){r(t+j)-y(t+j)}2+wΣk=1NUΔu′(t+k-1)2}]]>其中，w為操作量的權(quán)重，ρ(j)為帶溫偏差的權(quán)重，r為目標(biāo)帶溫，y為實(shí)際帶溫，N1為無效控制時(shí)間，N2為預(yù)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間，NU為距當(dāng)前點(diǎn)的某時(shí)刻，Δu′為操作量的增量。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，根據(jù)煤氣流量增量計(jì)算煤氣流量的參考值FLsv＝FLpv+Δu′(t)FLsv為煤氣流量的參考值，F(xiàn)Lpv為煤氣流量的實(shí)際值，Δu′(t)為煤氣流量增量。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，靜態(tài)模型的自學(xué)習(xí)系數(shù)計(jì)算如下shatj(t)＝shatj(t-1)+Kj*ε(t)Kj≡pj*φj(t)1+Σi=14pi*φi(t)2]]>其中，pj自適應(yīng)增益，TV為TV為面積速度，t為采樣時(shí)間，shat1為參數(shù)1的估計(jì)值，shat2為參數(shù)2的估計(jì)值，shat3為參數(shù)3的估計(jì)值，shat4為參數(shù)4的估計(jì)值，pj為自適應(yīng)增益。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，動(dòng)態(tài)模型的自學(xué)習(xí)系數(shù)計(jì)算如下 Λ(t)為N×N的矩陣，N＝n+5 λi(t)是遺忘因子，λi(t)≡1-gi*ϵ(t)21+φ‾(t)TP(t-1)*φ‾(t)]]>其中，gi為響應(yīng)θ的第i個(gè)成員的常數(shù)，λi為響應(yīng)θ的第i個(gè)成員的遺忘因子，θhat(t)為在采樣t時(shí)刻的估計(jì)值，n為控制區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制帶鋼溫度的方法，其包括如下步驟A.利用廣義預(yù)測(cè)控制原理，根據(jù)帶溫動(dòng)態(tài)模型預(yù)測(cè)將來某一時(shí)刻的帶溫；B.使目標(biāo)帶鋼的溫度與預(yù)測(cè)帶溫的差達(dá)到最小值為原則，計(jì)算出需要的煤氣流量偏差；C.再根據(jù)實(shí)際煤氣流量結(jié)合煤氣流量偏差計(jì)算出煤氣流量設(shè)定值；D.將煤氣流量設(shè)定值發(fā)送至儀表控制設(shè)備；E.在溫態(tài)時(shí)根據(jù)實(shí)際帶溫進(jìn)行靜態(tài)模型及動(dòng)態(tài)模型的自學(xué)習(xí)，并再次進(jìn)行煤氣流量設(shè)定值計(jì)算。本發(fā)明可快速、準(zhǔn)確控制帶鋼溫度，其可通過參數(shù)配置可適用于不同生產(chǎn)線。
文檔編號(hào)C21D11/00GK1704487SQ200410024768
公開日2005年12月7日 申請(qǐng)日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者金武明 申請(qǐng)人:上海寶信軟件股份有限公司