本發(fā)明涉及工業(yè)過(guò)程優(yōu)化控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

憑借著良好的機(jī)械性能和抗腐蝕性能，冷軋熱鍍鋅板在汽車、家電、建筑等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。鋅層厚度是衡量冷軋熱鍍鋅板的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)，其控制精度直接關(guān)系到冷軋熱鍍鋅板的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本。鋅層太厚會(huì)影響產(chǎn)品的點(diǎn)焊性、附著性，同時(shí)還造成了鋅原材料浪費(fèi)；鋅層太薄影響產(chǎn)品的抗腐蝕性，不能滿足產(chǎn)品規(guī)格質(zhì)量要求。隨著熱鍍鋅生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步以及熱鍍鋅產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，下游客戶對(duì)熱鍍鋅板產(chǎn)品的質(zhì)量要求越來(lái)越高。這就要求鍍鋅生產(chǎn)企業(yè)改變以人工控制加底層PID(比例-積分-微分控制器)回路的傳統(tǒng)控制方式，提高鋅層厚度控制精度與平整度，提高成品率、降低鋅原料消耗。

鍍鋅是一個(gè)典型的時(shí)變大滯后、非線性、強(qiáng)擾動(dòng)的生產(chǎn)過(guò)程。由于缺乏有效克服上述難點(diǎn)的控制技術(shù)手段，鍍層厚度和鍍層均勻性控制一直是困擾鍍鋅生產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)提高的難題，目前國(guó)內(nèi)大部分鋼鐵企業(yè)主要依賴于操作工的經(jīng)驗(yàn)采用人工手動(dòng)操作結(jié)合底層回路PID的方式進(jìn)行控制，其控制精度低、產(chǎn)品規(guī)格變化過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)、鋅耗量大，質(zhì)量波動(dòng)大，甚至不能保證鍍層厚度和鍍層表面均勻性的滿足產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)要求，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)降等品。

隨著應(yīng)用場(chǎng)合的不同，熱鍍鋅產(chǎn)品所要求的鍍層厚度也各不相同，這就要求鍍鋅生產(chǎn)線能夠快速適應(yīng)生產(chǎn)計(jì)劃的需要，在不同規(guī)格(鋅層厚度)的產(chǎn)品之間實(shí)現(xiàn)快速平穩(wěn)的切換，然而，由于鋅層厚度控制影響因素的復(fù)雜性以及氣刀參數(shù)對(duì)鋅層厚度影響的非線性，實(shí)際生產(chǎn)中當(dāng)產(chǎn)品規(guī)格(鍍層厚度)切換時(shí)，常常會(huì)由于控制參數(shù)選取的不合適造成系統(tǒng)切換過(guò)程緩慢甚至震蕩，導(dǎo)致大量過(guò)渡產(chǎn)品(廢品或者降等級(jí)產(chǎn)品)的產(chǎn)生，如何控制參數(shù)(氣刀距離、氣刀壓力等)快速調(diào)整以實(shí)現(xiàn)鋅層厚度的精確控制，從而縮短鍍層厚度 切換過(guò)程，避免鋅液浪費(fèi)，減少切換過(guò)程中過(guò)渡產(chǎn)品的產(chǎn)生，降低鍍鋅生產(chǎn)中的物料損耗，是鋅層厚度控制技術(shù)研究的重點(diǎn)。

當(dāng)前的鍍鋅生產(chǎn)中，操作人員通過(guò)觀察鋅層厚度測(cè)量值，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)調(diào)整氣刀壓力和氣刀距離等設(shè)定值數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)鋅層厚度控制。鋅層厚度規(guī)格改變時(shí)，操作人員根據(jù)新的產(chǎn)品規(guī)格和帶鋼速度來(lái)選擇一套預(yù)先制定的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，再根據(jù)測(cè)厚儀的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行數(shù)次控制參數(shù)的調(diào)整。

這種控制方式完全依靠操作工的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)精確、及時(shí)的控制，尤其是在變規(guī)格過(guò)程中控制效果不能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。鍍層厚度控制過(guò)程具有多變量、非線性等特點(diǎn)，存在較大的控制難度，首先鋅層厚度和氣刀氣壓、氣刀距離的關(guān)系無(wú)法用簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)方程式表達(dá)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型；此外，鍍鋅線采用冷態(tài)測(cè)厚儀進(jìn)行鋅層厚度檢測(cè)，測(cè)厚儀安裝在氣刀后100～200米的位置，而鍍鋅生產(chǎn)線的正常生產(chǎn)帶鋼速度一般在50～140米/分鐘，也就是說(shuō)當(dāng)操作人員根據(jù)測(cè)厚儀的在線測(cè)量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)鋅層厚度偏差過(guò)大而調(diào)整氣刀參數(shù)時(shí)，已經(jīng)產(chǎn)生了至少100～200米的鋅層厚度偏差超限的不合格產(chǎn)品，同時(shí)，由于鋅層厚度測(cè)量與鋅層厚度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)之間存在較大的位置差異，操作工調(diào)整氣刀參數(shù)時(shí)，測(cè)厚儀位置的鋅層厚度與氣刀位置的鋅層厚度并不相同，測(cè)量時(shí)滯的引入進(jìn)一步加劇了厚度控制的難度。在上述因素影響下，生產(chǎn)過(guò)程中為保證帶鋼表面任意位置鋅層厚度都符合要求，克服鋅層厚度偏差影響，一般要保證平均鋅層厚度實(shí)際值要比鋅層厚度目標(biāo)值高10～20g/m²。由此可以看出熱鍍鋅板生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)造成鋅原料的大量浪費(fèi)，如果按鋅層厚度高出15g/m²，年產(chǎn)量40萬(wàn)噸鍍鋅鋼板進(jìn)行計(jì)算，一年就多消耗鋅原料800噸。

現(xiàn)有鍍鋅生產(chǎn)技術(shù)中，由于氣刀壓力調(diào)整緩慢、鋅層厚度測(cè)厚儀具有較大的測(cè)量滯后，存在著規(guī)格(鍍層厚度)切換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、產(chǎn)生大量過(guò)渡產(chǎn)品的問(wèn)題，以及人工操作造成的過(guò)于依賴工人經(jīng)驗(yàn)、控制精度低、產(chǎn)品規(guī)格變化過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)、鋅耗量大，質(zhì)量波動(dòng)大的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切 換方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中由于氣刀壓力調(diào)整緩慢、鋅層厚度測(cè)厚儀具有較大的測(cè)量滯后所導(dǎo)致的規(guī)格(鍍層厚度)切換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、產(chǎn)生大量過(guò)渡產(chǎn)品的問(wèn)題。

本發(fā)明的第二目的在于提供一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中存在的人工操作造成的過(guò)于依賴工人經(jīng)驗(yàn)、控制精度低、產(chǎn)品規(guī)格變化過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)、鋅耗量大，質(zhì)量波動(dòng)大的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換方法，包括以下步驟：

S1：獲取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程量信息；

S2：根據(jù)所述生產(chǎn)過(guò)程量信息判斷是否需要切換工況，如否，進(jìn)入反饋控制，如是，進(jìn)入步驟S3；

S3：通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型根據(jù)當(dāng)前工況數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得到預(yù)測(cè)鍍層厚度，再基于所述預(yù)測(cè)鍍層厚度及所述生產(chǎn)過(guò)程量信息采用變規(guī)格氣刀參數(shù)尋優(yōu)方法對(duì)氣刀距離和氣刀壓力進(jìn)行迭代尋優(yōu)得到切換終點(diǎn)的氣刀距離D_f及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f；

S4：計(jì)算氣刀壓力調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度T_a，根據(jù)所述T_a、當(dāng)前氣刀壓力實(shí)際值Pv及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f計(jì)算氣刀壓力參考曲線；

S5：進(jìn)入切換控制周期，獲取當(dāng)前控制周期時(shí)刻Ti，根據(jù)所述氣刀壓力參考曲線獲取當(dāng)前控制周期Ti對(duì)應(yīng)的氣刀壓力Pi，同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前控制周期的氣刀壓力實(shí)際值Pvi計(jì)算反向補(bǔ)償調(diào)整的當(dāng)前氣刀距離Di；

S6：將所述氣刀壓力Pi及氣刀距離Di輸出以執(zhí)行氣刀壓力及氣刀距離的調(diào)整；

S7：檢測(cè)焊縫位于生產(chǎn)線上的位置，當(dāng)焊縫經(jīng)過(guò)氣刀位置時(shí)輸出氣刀距離D_f，并進(jìn)入反饋控制，切換過(guò)程結(jié)束，如未過(guò)氣刀位置，則返回步驟S5繼續(xù)執(zhí)行。

較佳地，所述生產(chǎn)過(guò)程量信息包括當(dāng)前生產(chǎn)線速度v，當(dāng)前氣刀壓力實(shí)際值Pv，當(dāng)前氣刀距離設(shè)定值Dsp，焊縫在生產(chǎn)線上的位置l_h，在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度，在鍍卷的帶剛厚度，將鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度，將鍍卷的帶鋼厚度。

較佳地，所述步驟S2中，判斷是否需要切換工況的方法為：首先，判斷將鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度與在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度是否相同，如是，表明無(wú)需切換工況，進(jìn)入反饋控制，如否則再計(jì)算l_k-l_h>l_t是否成立，如是，表明無(wú)需切換工況，進(jìn)入反饋控制，如否表明需要切換工況，進(jìn)入步驟S3；其中，l_k為氣刀位于生產(chǎn)線上的位置，l_h為焊縫在生產(chǎn)線上的位置，l_t為預(yù)設(shè)長(zhǎng)度閾值。

較佳地，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型的輸入?yún)?shù)包括：帶鋼厚度Th、當(dāng)前生產(chǎn)線速度v，氣刀距離d、氣刀壓力p，輸出參數(shù)為所述預(yù)測(cè)鍍層厚度；相應(yīng)地，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型為基于鍍鋅過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)建立的，反映了鍍層厚度主要影響因素與鍍層厚度間的非線性映射關(guān)系，記為NN()，則所述預(yù)測(cè)鍍層厚度為NN(Th,v,d,p)。

較佳地，所述變規(guī)格氣刀參數(shù)尋優(yōu)方法具體為：建立對(duì)氣刀距離和氣刀壓力尋優(yōu)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題模型，對(duì)所述多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題模型采用人工智能算法進(jìn)行迭代求解，得到切換終點(diǎn)的氣刀距離D_f及氣刀壓力P_f。

較佳地，氣刀壓力調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度T_a按下式計(jì)算：

T_a＝(l_k-l_h)/v，

其中，l_k為氣刀位于生產(chǎn)線上的位置，l_h為焊縫在生產(chǎn)線上的位置，v為當(dāng)前生產(chǎn)線速度。

較佳地，所述步驟S4中，將時(shí)間作為橫軸變量，將氣刀壓力作為縱軸變量，采用S型的Sigmoid函數(shù)建立切換過(guò)程中的氣刀壓力參考曲線，其中，設(shè)當(dāng)前時(shí)刻為t₀，則t₀時(shí)刻的氣刀壓力實(shí)際值Pv為曲線起始點(diǎn)，t₀+T_a時(shí)刻的P_f為曲線終點(diǎn)。

較佳地，所述反向補(bǔ)償調(diào)整量的計(jì)算方法為：以當(dāng)前控制周期的氣刀壓 力真實(shí)值Pvi、帶鋼厚度Th、當(dāng)前生產(chǎn)線速度v、在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度，基于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行氣刀距離的迭代尋優(yōu)，得到所述氣刀距離Di。

本發(fā)明還提供了一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換系統(tǒng)，包括：

通訊模塊，用于獲取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程量信息；

切換邏輯主控模塊，用于根據(jù)所述生產(chǎn)過(guò)程量信息判斷是否需要切換工況，以及在切換工況下的切換控制過(guò)程中檢測(cè)焊縫位于生產(chǎn)線上的位置，當(dāng)焊縫經(jīng)過(guò)氣刀位置時(shí)進(jìn)入反饋控制，切換過(guò)程結(jié)束，如未過(guò)氣刀位置，則進(jìn)入下一控制周期并通過(guò)氣刀動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模塊控制氣刀進(jìn)行反向補(bǔ)償；

鍍層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)測(cè)模塊，用于通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型根據(jù)當(dāng)前工況數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得到預(yù)測(cè)鍍層厚度；

變規(guī)格氣刀參數(shù)預(yù)尋優(yōu)模塊，用于基于所述預(yù)測(cè)鍍層厚度及所述生產(chǎn)過(guò)程量信息采用變規(guī)格氣刀參數(shù)尋優(yōu)方法對(duì)氣刀距離和氣刀壓力進(jìn)行迭代尋優(yōu)得到切換終點(diǎn)的氣刀距離D_f及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f；

氣刀壓力參考曲線計(jì)算模塊，用于根據(jù)氣刀壓力調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度T_a、當(dāng)前氣刀壓力實(shí)際值Pv及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f計(jì)算氣刀壓力參考曲線；

氣刀動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模塊，用于根據(jù)所述氣刀壓力參考曲線獲取當(dāng)前控制周期Ti對(duì)應(yīng)的氣刀壓力Pi，同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前控制周期的氣刀壓力實(shí)際值Pvi計(jì)算反向補(bǔ)償調(diào)整的當(dāng)前氣刀距離Di。

對(duì)于本發(fā)明的技術(shù)方案的技術(shù)效果如下：

(1)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)鋅層厚度建模并根據(jù)生產(chǎn)工況進(jìn)行在線預(yù)測(cè)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)于非線性過(guò)程具有良好的擬合效果，尤其適合于鍍鋅過(guò)程這樣的多變量強(qiáng)非線性過(guò)程，能夠在線提供較高精度的鍍層厚度預(yù)測(cè)值，有效的解決鍍鋅過(guò)程多個(gè)操作變量之間的耦合、過(guò)程的非線性、在線測(cè)厚儀具有較大測(cè)量滯后給鍍鋅變規(guī)格過(guò)程切換操作帶來(lái)的無(wú)實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)反饋的難 題。

(2)采用變規(guī)格氣刀參數(shù)預(yù)尋優(yōu)技術(shù)，能夠基于鍍層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)測(cè)模塊，采用多目標(biāo)優(yōu)化人工智能方法對(duì)氣刀距離和氣刀壓力進(jìn)行迭代尋優(yōu)，考慮“小氣刀、小壓力”原則，根據(jù)規(guī)格切換前后的工況(帶鋼厚度、帶鋼速度等)選擇最優(yōu)的切換終點(diǎn)控制參數(shù)(氣刀距離與氣刀壓力)，解決傳統(tǒng)鍍鋅生產(chǎn)中主要依賴操作工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行操作、控制精度差造成的成品率低，鋅液浪費(fèi)等問(wèn)題。

(3)采用氣刀距離反向動(dòng)態(tài)補(bǔ)償技術(shù)，氣刀壓力在焊縫到達(dá)氣刀前調(diào)整完畢，在氣刀壓力按照過(guò)渡參考曲線向目標(biāo)規(guī)格的生產(chǎn)工況變化時(shí)，基于鍍層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)測(cè)模塊計(jì)算保持鍍層厚度不變時(shí)氣刀距離所應(yīng)調(diào)整的反向補(bǔ)償量，然后下達(dá)至底層控制回路執(zhí)行，待焊縫到達(dá)氣刀時(shí)，再一次性調(diào)節(jié)氣刀距離至變規(guī)格后的氣刀距離目標(biāo)設(shè)定值，從而解決了采用傳統(tǒng)“當(dāng)焊縫到達(dá)氣刀時(shí)進(jìn)行氣刀間距調(diào)整，當(dāng)焊縫經(jīng)過(guò)測(cè)厚儀時(shí)開始計(jì)算氣刀壓力附加設(shè)定值”的變規(guī)格控制模式由于氣刀壓力調(diào)整緩慢帶來(lái)的變規(guī)格切換緩慢、過(guò)渡過(guò)程產(chǎn)生大量的不合格產(chǎn)品、原料及鋅液過(guò)渡消耗問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換方法總體流程圖；

圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例建立的氣刀壓力參考曲線示意圖；

圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換系統(tǒng)組成圖；

圖4A為本發(fā)明方法及系統(tǒng)應(yīng)用前鍍層厚度變大時(shí)的切換效果圖；

圖4B為本發(fā)明方法及系統(tǒng)應(yīng)用前鍍層厚度變小時(shí)的切換效果圖；

圖4C為應(yīng)用本發(fā)明方法及系統(tǒng)后鍍層厚度變大時(shí)的切換效果圖；

圖4D為應(yīng)用本發(fā)明方法及系統(tǒng)后鍍層厚度變小時(shí)的切換效果圖。

具體實(shí)施方式

為更好地說(shuō)明本發(fā)明，茲以一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明，具體如下：

如圖1所示，本實(shí)施例提供的一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換方法總體流程包括以下步驟：

S1：獲取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程量信息；

S2：根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程量信息判斷是否需要切換工況，如否，進(jìn)入反饋控制，如是，進(jìn)入步驟S3；

S3：通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型根據(jù)當(dāng)前工況數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)得到預(yù)測(cè)鍍層厚度，再基于所述預(yù)測(cè)鍍層厚度及所述生產(chǎn)過(guò)程量信息采用變規(guī)格氣刀參數(shù)尋優(yōu)方法對(duì)氣刀距離和氣刀壓力進(jìn)行迭代尋優(yōu)得到切換終點(diǎn)的氣刀距離D_f及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f；

S4：計(jì)算氣刀壓力調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度T_a，根據(jù)所述T_a、當(dāng)前氣刀壓力實(shí)際值Pv及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f計(jì)算氣刀壓力參考曲線；

S5：進(jìn)入切換控制周期，獲取當(dāng)前控制周期時(shí)刻Ti，根據(jù)所述氣刀壓力參考曲線獲取當(dāng)前控制周期Ti對(duì)應(yīng)的氣刀壓力Pi，同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前控制周期的氣刀壓力實(shí)際值Pvi計(jì)算反向補(bǔ)償調(diào)整的當(dāng)前氣刀距離Di；

S6：將所述氣刀壓力Pi及氣刀距離Di輸出以執(zhí)行氣刀壓力及氣刀距離的調(diào)整；

S7：判斷切換工況是否結(jié)束，具體地，檢測(cè)焊縫位于生產(chǎn)線上的位置，當(dāng)焊縫經(jīng)過(guò)氣刀位置時(shí)輸出氣刀距離D_f，并進(jìn)入反饋控制，切換過(guò)程(即切換工況)結(jié)束，如未過(guò)氣刀位置，則返回步驟S5繼續(xù)執(zhí)行。

其中，上述的反饋控制是指系統(tǒng)在非鍍層厚度切換過(guò)程中(比如平穩(wěn)生產(chǎn)工況)所采用的控制方式，其具體實(shí)現(xiàn)方法與本發(fā)明內(nèi)容無(wú)關(guān)，根據(jù)上述 步驟說(shuō)明，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中(包括反饋控制過(guò)程)都會(huì)進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程量信息的獲取過(guò)程，從而再次判斷是否需要進(jìn)入切換工況，以繼續(xù)執(zhí)行步驟S1-S7。

下面對(duì)上述各步驟進(jìn)一步詳述，具體如下：

步驟S1中，所獲取的生產(chǎn)過(guò)程量信息具體包括：當(dāng)前生產(chǎn)線速度v，當(dāng)前氣刀壓力實(shí)際值Pv，當(dāng)前氣刀距離設(shè)定值Dsp，焊縫在生產(chǎn)線上的位置l_h，在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度CWsp_now，在鍍卷的帶剛厚度Th_now，將鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度CWsp_next以及將鍍卷的帶鋼厚度Th_next，然后進(jìn)入步驟S2。

步驟S2中，根據(jù)步驟S1中獲取的實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程量信息對(duì)當(dāng)前生產(chǎn)工況進(jìn)行判斷。判斷是否需要切換工況的方法具體為：

首先，判斷將鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度CWsp_next與在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度CWsp_now是否相同(即其數(shù)值大小是否相等)：如是相同的，在鍍卷與將鍍卷的鍍層厚度目標(biāo)值相同，即不存在規(guī)格切換，則表明無(wú)需切換控制方式，進(jìn)入反饋閉環(huán)控制狀態(tài)，即進(jìn)入反饋控制；如不相同，則再進(jìn)一步計(jì)算l_k-l_h>l_t是否成立，如是，表明目前焊縫距離氣刀距離尚遠(yuǎn)，無(wú)需切換工況，不需要啟動(dòng)切換機(jī)制，進(jìn)入反饋閉環(huán)控制狀態(tài)，即進(jìn)入反饋控制，如否表明需要切換工況，則進(jìn)入步驟S3。其中，l_k為氣刀位于生產(chǎn)線上的位置，l_h為焊縫在生產(chǎn)線上的位置，l_t為預(yù)設(shè)長(zhǎng)度閾值。

步驟S3中，上述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型為根據(jù)輸入?yún)?shù)及輸出參數(shù)建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，其中，輸入?yún)?shù)包括：帶鋼厚度Th、當(dāng)前生產(chǎn)線速度v，氣刀距離d、氣刀壓力p，輸出參數(shù)為所述預(yù)測(cè)鍍層厚度。具體地，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型為基于鍍鋅過(guò)程的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)建立的，反映了鍍層厚度主要影響因素與鍍層厚度間的非線性映射關(guān)系，記為NN()，則所述預(yù)測(cè)鍍層厚度為NN(Th,v,d,p)，該模型是變規(guī)格氣刀參數(shù)預(yù)尋優(yōu)方法的基礎(chǔ)。

其中，上述步驟S3中的變規(guī)格氣刀參數(shù)尋優(yōu)方法具體為：

首先，建立對(duì)氣刀距離和氣刀壓力尋優(yōu)的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題模型。

尋優(yōu)問(wèn)題描述為多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的模型表示如下：

目標(biāo)函數(shù)：minNN(Th_next,v,D_f,P_f)-CWsp_next|,minD_f,minP_f

決策變量：D_f,P_f

約束條件：

D_f∈[D_min,D_max] (1)

P_f∈[P_min,P_max] (2)

其中，包括三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)：

1)min|NN(Th_next,v,D_f,P_f)-CWsp_next|表示在將鍍卷厚度Th_next，生產(chǎn)線速度v，氣刀距離D_f，氣刀壓力P_f工況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)得到的鍍層厚度與將鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度偏差最??；

2)minD_f表示根據(jù)“小氣刀、小壓力”原則，應(yīng)盡量減小氣刀距離；

3)minP_f表示根據(jù)“小氣刀、小壓力”原則，應(yīng)盡量減小氣刀壓力。

另外，式(1)、(2)表示兩個(gè)操作變量的工藝規(guī)程約束，其中氣刀壓力上下限P_min、P_max，氣刀距離上下限D(zhuǎn)_min、D_max均預(yù)先給定。

其次，對(duì)所述多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題模型采用人工智能算法進(jìn)行迭代求解，得到切換終點(diǎn)的氣刀距離D_f及氣刀壓力P_f。

上述的多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題可以采用PSO算法、遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法借助帕累托最優(yōu)(Pareto Optimality)模型求解，即可得到最優(yōu)的切換終點(diǎn)的氣刀距離D_f，氣刀壓力P_f，然后進(jìn)入步驟S4。

步驟S4中，據(jù)距離、時(shí)間、速度三者關(guān)系計(jì)算氣刀壓力調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度，氣刀壓力調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度T_a按下式計(jì)算：

T_a＝(l_k-l_h)/v，

其中，l_k為氣刀位于生產(chǎn)線上的位置，l_h為焊縫在生產(chǎn)線上的位置，v為當(dāng)前生產(chǎn)線速度。

進(jìn)一步地，步驟S4中，將時(shí)間作為橫軸變量，將氣刀壓力作為縱軸變量，采用S型的Sigmoid函數(shù)建立切換過(guò)程中的氣刀壓力參考曲線，使用該種類型的參考曲線，可以使開始段和結(jié)束段的氣刀壓力變化較為平緩，而中間段變化相對(duì)較快，如圖2所示。其中，設(shè)當(dāng)前時(shí)刻為t₀，則t₀時(shí)刻的氣刀壓力實(shí)際值Pv為曲線起始點(diǎn)，t₀+T_a時(shí)刻的P_f為曲線終點(diǎn)。采用Sigmoid函數(shù)形式的參考曲線可以為過(guò)渡過(guò)程開始和結(jié)束提供較長(zhǎng)的平滑穩(wěn)定段，便于控制變量和調(diào)節(jié)過(guò)程的平穩(wěn)過(guò)渡。

不失一般性，令當(dāng)前時(shí)刻為t₀，則切換結(jié)束時(shí)刻為t₀+T_a，可得到曲線上兩點(diǎn)的坐標(biāo)為(t₀,Pv)、(t₀+T_a,P_f)，假設(shè)經(jīng)坐標(biāo)平移后和伸縮后的Sigmoid函數(shù)具體形式為：

其中，t為自變量，即時(shí)間，p為因變量，即氣刀壓力。參數(shù)a和b分別是y軸伸縮和平移的比例，而參數(shù)c是x伸縮的比例，決定了參數(shù)曲線初始段和中間段的斜率，通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，為確保任意連續(xù)的兩個(gè)控制周期的氣刀壓力改變量小于生產(chǎn)工藝約束，這里取c＝6/T_a。將(t₀,Pv)、(t₀+T_a,P_f)兩個(gè)坐標(biāo)值代入，可以求得

由此，建立切換過(guò)程中的氣刀壓力參考曲線

步驟S5中，反向補(bǔ)償調(diào)整量的計(jì)算方法為：根據(jù)當(dāng)前控制周期的氣刀壓力實(shí)際值、帶鋼厚度、當(dāng)前生產(chǎn)線速度、在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度，基于所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行氣刀距離的迭代尋優(yōu)，得到所述氣刀距離Di。

具體地，以當(dāng)前控制周期的氣刀壓力實(shí)際值Pvi，當(dāng)前的生產(chǎn)線速度v，在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度CWsp_now，帶鋼厚度Th_now作為參數(shù)，基于鍍層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)測(cè)模塊建立優(yōu)化命題，對(duì)氣刀距離進(jìn)行迭代尋優(yōu)計(jì)算得到氣刀距離設(shè)定值Di，該優(yōu)化問(wèn)題的具體描述如下：

目標(biāo)函數(shù)：min|NN(Th_now,v,Di,Pvi)-CWsp_now|

決策變量：Di

約束條件：

Di∈[D_min,D_max] (3)

其中，目標(biāo)函數(shù)表示在帶鋼厚度Th_now，生產(chǎn)線速度v，氣刀距離Di，氣刀壓力Pvi工況下，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)得到的鍍層厚度與在鍍卷的目標(biāo)鍍層厚度偏差最?。还?3)為生產(chǎn)工藝約束。

上述的優(yōu)化問(wèn)題可以采用PSO算法、遺傳算法、模擬退火算法、蟻群算法求解等人工智能算法求解，即可得到當(dāng)前最優(yōu)的氣刀距離設(shè)定值Di，然后進(jìn)入S6。

如圖3所示，本發(fā)明還提供了一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

通訊模塊31，用于獲取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)過(guò)程量信息。其還用于將切換系統(tǒng)30所計(jì)算得到的控制氣刀進(jìn)行反向補(bǔ)償?shù)男畔⑤敵鼋o底層控制系統(tǒng)10，以使得底層控制系統(tǒng)10控制氣刀進(jìn)行調(diào)整，以進(jìn)行鍍層厚度的切換；其中，生產(chǎn)過(guò)程量信息來(lái)自于底層回路參數(shù)采集系統(tǒng)20。

切換邏輯主控模塊32，用于根據(jù)通訊模塊31獲取的生產(chǎn)過(guò)程量信息判斷是否需要切換工況，以及在切換工況下的切換控制過(guò)程中檢測(cè)焊縫位于生產(chǎn)線上的位置，當(dāng)焊縫經(jīng)過(guò)氣刀位置時(shí)進(jìn)入反饋控制，切換過(guò)程結(jié)束，如未過(guò)氣刀位置，則進(jìn)入下一控制周期并通過(guò)所述氣刀動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模塊控制氣刀進(jìn)行反向補(bǔ)償；

鍍層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)測(cè)模塊33，用于通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型根據(jù)當(dāng) 前工況數(shù)據(jù)(即當(dāng)前的生產(chǎn)過(guò)程量信息)預(yù)測(cè)得到預(yù)測(cè)鍍層厚度；

變規(guī)格氣刀參數(shù)預(yù)尋優(yōu)模塊34，用于基于上述的預(yù)測(cè)鍍層厚度及所述生產(chǎn)過(guò)程量信息采用變規(guī)格氣刀參數(shù)尋優(yōu)方法對(duì)氣刀距離和氣刀壓力進(jìn)行迭代尋優(yōu)得到切換終點(diǎn)的氣刀距離D_f及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f；

氣刀壓力參考曲線計(jì)算模塊35，用于根據(jù)氣刀壓力調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度T_a、當(dāng)前氣刀壓力實(shí)際值Pv及切換終點(diǎn)的氣刀壓力P_f計(jì)算氣刀壓力參考曲線；

氣刀動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模塊36，用于根據(jù)所述氣刀壓力參考曲線獲取當(dāng)前控制周期Ti對(duì)應(yīng)的氣刀壓力Pi，同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前控制周期的氣刀壓力實(shí)際值Pvi計(jì)算反向補(bǔ)償調(diào)整的當(dāng)前氣刀距離Di；

以下以鍍鋅實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程為例，說(shuō)明本發(fā)明所取得的有益效果：

圖4A～4D中列出了采用本發(fā)明方法的控制系統(tǒng)投運(yùn)前和投運(yùn)后對(duì)于減少不同規(guī)格間產(chǎn)品切換效果對(duì)比?？梢詮膱D4A、4B中看出，投運(yùn)前，系統(tǒng)從鍍層厚度規(guī)格80g/m²切換至120g/m²時(shí)，過(guò)渡時(shí)間t₁為480秒左右，從鍍層厚度規(guī)格120g/m²切換回80g/m²時(shí)，過(guò)渡時(shí)間t₂為320秒左右；當(dāng)系統(tǒng)投運(yùn)后，系統(tǒng)從鍍層厚度規(guī)格80g/m²切換至120g/m²時(shí)，過(guò)渡時(shí)間t₃為380秒左右，從鍍層厚度規(guī)格120g/m²切換回80g/m²時(shí)，過(guò)渡時(shí)間t₄為260秒左右，由此可見，采用本發(fā)明后，可以顯著減小不同規(guī)格間產(chǎn)品切換所需的過(guò)渡時(shí)間。

更為重要的是，從圖4A、4B中可以觀察到，投運(yùn)本系統(tǒng)前，氣刀壓力是在鍍層厚度目標(biāo)值變化后才開始調(diào)整，由于氣刀壓力調(diào)整緩慢，導(dǎo)致切換過(guò)程耗費(fèi)了較長(zhǎng)的時(shí)間，這其中分別產(chǎn)生了960米和640米左右的過(guò)渡產(chǎn)品(鍍層厚度在80g/m²和120g/m²之間，生產(chǎn)線速度為120m/min計(jì)算)，而本發(fā)明方法投運(yùn)后，氣刀壓力在鍍層厚度規(guī)格改變之前即已提前調(diào)整(對(duì)應(yīng)于圖4C、4D中提前調(diào)整時(shí)間長(zhǎng)度為：t₅＝300s,t₆＝190s)，在這段時(shí)間內(nèi)氣刀距離會(huì)反向動(dòng)作以補(bǔ)償氣刀壓力變化給鍍層厚度帶來(lái)的影響，確保在氣刀調(diào)整前(過(guò)焊縫前，即下一卷帶鋼生產(chǎn)前)鍍層厚度保持不變以符合上一鋼卷的鍍層控制指標(biāo)要求，圖4C、4D中提前調(diào)整段的鋼卷長(zhǎng)度分別為600米、380米左右， 由于采用了氣刀距離反向補(bǔ)償方法，圖4C、4D中提前調(diào)整段的鋼卷鍍層厚度沒(méi)有出現(xiàn)較大程度波動(dòng)，均達(dá)到了鍍層厚度目標(biāo)值要求，因此較大幅度的減少了過(guò)渡產(chǎn)品的產(chǎn)生(以當(dāng)時(shí)生產(chǎn)線速度為120m/min計(jì)算，過(guò)渡產(chǎn)品為160米和140米)，直到鍍層厚度規(guī)格改變時(shí)刻，氣刀距離立即改變，從而實(shí)現(xiàn)鍍層厚度的快速達(dá)標(biāo)。由此可見，采用本發(fā)明方法后，可以顯著減少不同規(guī)格間產(chǎn)品切換所產(chǎn)生的不合格的過(guò)渡產(chǎn)品數(shù)量。

本發(fā)明充分考慮了鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程中兩個(gè)主要的控制變量氣刀壓力(調(diào)節(jié)速度較慢但連續(xù)可調(diào))和氣刀距離(調(diào)節(jié)過(guò)程迅速準(zhǔn)確但受限于帶鋼速度、厚度和調(diào)整步長(zhǎng)的制約)各自的特點(diǎn)，基于鍍層厚度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線預(yù)測(cè)模型，提出了一種基于刀距動(dòng)態(tài)補(bǔ)償?shù)臒徨冧\鍍層厚度快速切換方法，在切換過(guò)程中采用刀距的動(dòng)態(tài)反向補(bǔ)償以克服氣刀壓力調(diào)整帶來(lái)的鋅層厚度變化，待氣壓調(diào)整到位后，在氣刀過(guò)焊縫時(shí)一次性將氣刀距離調(diào)整至目標(biāo)規(guī)格(鍍層厚度)刀距設(shè)定值，從而有效的縮短了傳統(tǒng)方法中氣刀壓力調(diào)整緩慢帶來(lái)的漫長(zhǎng)過(guò)渡過(guò)程，杜絕不合格品的產(chǎn)生，降低了切換過(guò)程物料損耗，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

綜上，從上述控制系統(tǒng)投運(yùn)前和投運(yùn)后不同規(guī)格間產(chǎn)品切換過(guò)渡時(shí)間對(duì)比可以看出，采用本發(fā)明所述方法，可有效減少系統(tǒng)在不同規(guī)格產(chǎn)品之間切換的過(guò)渡時(shí)間，減少過(guò)渡期間過(guò)渡產(chǎn)品的數(shù)量。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明所做的變形或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述的權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。