轧制过程数学模型与自动化

1、轧制过程数学模型与自动化主讲：王庆娟教材与参考书n轧制过程数学模型轧制过程数学模型 任勇主编任勇主编 冶金冶金工业出版社工业出版社n轧制过程数学模型轧制过程数学模型 杨节主编杨节主编 冶金工冶金工业出版社业出版社n轧制过程自动化轧制过程自动化丁修堃主编丁修堃主编 冶金工冶金工业出版社业出版社 n轧制参数计算模型及其应用轧制参数计算模型及其应用刘相华刘相华主编主编 冶金工业出版社冶金工业出版社第一篇 轧制过程数学模型n轧制过程数学模型概述n轧制过程基本数学模型n模型识别和参数估计的数学方法 n数学模型的自适应控制n 1.1 数学模型的概念 n1.2 模型在轧制过程控制中的作用n 1.2轧制过程计

2、算模型的特点n 1.3 计算模型的建模方法n 1.4 发展趋势与展望第1章 轧制过程数学模型概述1.1数学模型的概念21.2模型在轧制过程控制中的作用现代轧制特点：轧制速度快、精度要求高、连续化生产计算机控制硬件以工业控制计算机为核心、软件以数学模型为核心的自动控制系统。控制系统是现代轧机的中枢神经，数学模型是轧机控制的灵魂1）计算机控制系统的典型结构将计算机应用于轧制过程，由它按预先制定的程序来处理和加工与过程相关的信息，对过程进行有效的监督、控制和管理，所有这些就叫做轧制过程的计算机控制。2）轧制自动化的三大要素n控制用的工艺数学模型与控制数学模型、与此相适应的控制系统以及可靠性高的检测器

3、和计算机控制系统是构成自动化的三大基本要素，也就是实现自动化的基础。n软件系统（主要指数学模型）是影响计算机控制系统的关键因素。n工艺类数学模型，需要运用工艺理论知识：如轧制原理、轧钢工艺学，这类模型一般用于过程控制级计算机进行最优设定值计算，控制类数学模型一般用于基础自动化级计算机对执行机构最优控制计算3）模型在轧制过程控制中的作用n轧制过程基本参数的计算。如轧制温度、力能参数、轧件、轧辊和机架变形的计算等n执行机构动作参数的设定计算。如辊缝、轧制速度、液压缸的位置的设定等n 动态调整量的给定。如agc系统的辊缝调节量板形控制系统的弯辊力调节量等n根据反映轧制过程效果的在线数据，对模型系数进

4、行自学习使模型能够工作在最佳状态。4）数学模型的维护数学模型需要不断维护、整定和优化适应轧制产品、设备状态和外部条件的变化从而长期工作在最佳状态。分析模型、掌握模型、调教模型、优化模型现代轧钢工作者的首要任务认真学习、潜心研究、着力开发1.3 轧制过程计算模型的特点n轧制模型的系统性与相关性 轧制过程的影响因素众多，不是三个五个单体模型能控制的，需要有成套的模型，模型库。模型之间有着密切的依存关系，一发动全身的复杂系统。模型的整体效果体现控制水平。n模型的快速性和简便性 轧制过程是典型的工业快过程，要求控制模型的形式简单，计算速度快，完成一次计算时间短。因此把一个复杂的问题简化为多个简单问题。

5、提出“层别”概念和做法。n 轧制模型的精确性 采用正确的理论建立合理的模型结构，根据实测数据来校正和修改模型系数，利用人工智能法从海量数据中提取出规律对数学模型加以修正，利用数理统计方法分析误差来源，减小误差途径，通过自学习来提高精度1.4 轧制过程计算模型的建模方法n基于理论分析的建模方法 通过对轧制过程物理、力学现象的分析找出主要影响因素和一般性规律，得到轧制过程关键参数的计算结果。n基于数据回归的建模方法 以生产和实验数据作为依据，依照数理统计方法进行回归分析，对模型的精确度、相关性做出评价，最后得到能够在线应用的数学模型。n基于人工智能的建模方法 利用人工神经网络（ann）预报轧制力、

6、卷曲温度、轧件力学性能n数学模型和人工智能结合的建模方法 利用数学模型与人工智能结合的方法，可以发挥二者各自的优点。 1.4 轧制技术发展趋势与展望n轧制组织性能演变的模拟、预测及在线优化控制 组织性能预报 组织性能在线优化控制n 新一代控制冷却技术 超快速冷却技术 冷却路径控制技术n 柔性轧制技术n 减量化产品技术 纵向变断面钢板生产技术 激光拼焊钢板生产技术第2章 轧制过程基本数学模型n2.1 能耗模型n2.2 轧制力模型n2.3 前滑模型n2.4 宽展模型n2.5 温降模型2.1 能耗模型在轧制过程中，单位重量（或体积）的轧件产生一定变形所消在轧制过程中，单位重量（或体积）的轧件产生一定

7、变形所消耗的的功称作能耗耗的的功称作能耗e作用：作用：1）它是各类轧机最重要的工艺参数之一，被广泛用来选取）它是各类轧机最重要的工艺参数之一，被广泛用来选取电机容量、制定并分析、改进工艺制度，以进一步合理的扩电机容量、制定并分析、改进工艺制度，以进一步合理的扩大产品范围和发挥设备潜力。大产品范围和发挥设备潜力。2）在计算机控制技术中，能耗模型的主要作用是进行负荷）在计算机控制技术中，能耗模型的主要作用是进行负荷分配。分配。3）在设定计算中，通过能耗计算轧制功率和轧制力矩，进）在设定计算中，通过能耗计算轧制功率和轧制力矩，进行电机容量和机械设备强度校核。行电机容量和机械设备强度校核。4）将能耗）

8、将能耗e作为状态参量建立其他模型自变量引入作为状态参量建立其他模型自变量引入定义：定义：2.1.1 能耗模型的理论基础能耗模型的理论基础圆柱体塑压模型根据体积不变定理根据体积不变定理2.1.1 能耗模型的理论基础能耗模型的理论基础2.1.2 能耗模型的基本形式能耗模型的基本形式以延伸率作为自变量以延伸率作为自变量以轧件出口厚度以轧件出口厚度h作为自变量作为自变量2.2 轧制力模型2.2.1 轧制力模型的在计算机控制中的作用轧制力模型的在计算机控制中的作用2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论作用在轧件上的单位压力 卡尔曼理论卡尔曼理论 2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位

9、压力理论0coscossincos2)(dxdxphdhhdxxxxxxxx02xxxxhtdxdyhkdx)kp(d平衡方程式 k.s15131塑性方程式 单位压力的基本微分方程式 2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论采利柯夫单位压力公式采利柯夫单位压力公式xxxxhdhkpdpchlnk)p(lnxx110011hlnk)k(lnc11h1lnln1c)kk(2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论1)1(00 xxhhkp1)1(11hhkpxx1)1(0 xxhhkp1)1(1hhkpxx采利柯夫单位压力公式采利柯夫单位压力公式2.2.2 计算轧制单位压力理

10、论计算轧制单位压力理论接触弧上单位压力的分布2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论 影响单位压力的各种因素 2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论 影响单位压力的各种因素 2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论 影响单位压力的各种因素 2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论按奥罗万理论作用在微元体上的力 奥罗万理论奥罗万理论 2.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论奥罗万单位压力微分方程式 0cos2sin2)(rdrdpqdqqxdprdqx)cossin(22.2.2 计算轧制单位压力理论计算轧制单位压力理论西姆斯单位压力公式 2121)(24rhrrhrkpddxkphqxx42/k21rhhx111111044hrtanhrhrtanhrhhlnkpxx111144hrtanhrhhl