热轧带钢头尾短行程控制自学习策略

第22卷第4期

2010年4月

钢铁研究学报 Journal of Iron and Steel Research

Vol.22,No.4

　April 2010

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50604006)

作者简介:田　野(1982—),男,博士生; E 2m ail :tianyehero @ ; 收稿日期:2009204221

热轧带钢头尾短行程控制自学习策略

田　野,　胡贤磊,　刘相华

(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004)

摘　要:针对热轧带钢粗轧头尾宽度尺寸精度低的现状,分析了带钢头尾宽度超差的原因,提出了采用短行程控制(short stroke control ,简称SSC )的解决方案。针对传统的短行程控制模型在实际应用过程中控制精度不高的问题,开发了短行程控制在线自学习功能。采用加法自学习的方法,利用轧后实测宽度数据对短行程控制模型参数进行自学习。国内某热轧厂现场实际应用表明:自学习后的短行程控制模型,能够将带钢头尾与稳定段宽度超差控制在2mm 之内;金属收得率提高到98%以上。关键词:热轧带钢;粗轧;短行程控制;自学习

中图分类号:T G33511 文献标志码:A 文章编号:100120963(2010)0420055204

Self 2Learning Strategy of Short Stroke Control for

H ead and T ail of H ot Strip

TIAN Ye ,　HU Xian 2lei ,　L IU Xiang 2hua

(The State Key Laboratory of Rolling and Automation ,Northeastern University ,Shenyang 110004,Liaoning ,China )Abstract :For the present situation of rough rolling strip head and tail low width precision on hot strip ,the cause of strip head and tail width tolerance was analyzed ,and the short stroke control (SSC for short )solving method was advanced.For low control precision of conventional short stroke control model in practice ,the short stroke control online self 2learning f unction was exploited.Through the method of addition self 2learning ,the self 2learning of the short stroke control model parameters was realized using actual width data after rolling.The practical application at some domestic hot rolling mill show that short stroke control model after self 2learning can control strip head and tail width and width of steady portion in two millimeters and metallic yield enhances to over ninety 2eight percents.K ey w ords :hot strip ;rough rolling ;short stroke control ;self 2learning

目前,国内大多数热连轧钢厂主要采用大立辊强力侧压技术控制带钢宽度精度,采用这种技术的主要问题是造成带钢头尾端部宽度超差。这些宽度超差的部分必须在进入精轧前用飞剪切除,从而造成切损很大[1-2]。近年来,国内许多学者对提高热轧带钢头尾端部宽度精度的方法进行过研究[3-5],

其中短行程控制(SSC )是目前的有效方法。但是经过立辊和水平辊的交替轧制,轧件变形十分复杂,传统短行程控制模型的参数大多是通过经验得到的,实际应用过程中控制精度不高。随着产品种类和规

格的日益增加以及客户对轧材的品种和质量要求越来越高,靠经验得到的短行程控制模型已经无法满足高精度宽度控制的要求,本文在传统短行程控制模型的基础上开发了短行程控制在线自学习功能,可以对控制参数进行有效优化,最大限度地减少热轧带钢的头尾宽度超差量。

1　带钢头尾端部失宽

立辊轧制时,由于板坯的宽度与厚度之比很大,轧件变形区长度与轧件平均宽度之比很小,属于典

型的超高件变形,所以,立轧变形主要集中于板宽边

部的局部区域,而很难深入到轧件中间部分。此时,变形区内存在一个刚性区,导致边部延伸大,中间延伸小,甚至无延伸。从而也造成轧件侧面隆起而形成双鼓形,即端面呈“狗骨”状。沿轧制方向看,最大“狗骨”高度从轧件头尾向中间段逐渐增加,并达到稳定状态。头部失宽的原因主要是由于立辊轧制造成边部和中心金属在纵向延伸不均匀。头部失宽量在立轧后就已经存在,再加上头部狗骨小,随后水平轧制所引起的宽展较小,对先前的失宽不能及时给予弥补,从而进一步增大了头部失宽量。尾部失宽则是由于靠近带钢尾端处立轧时所形成的狗骨小,所以随后的水平轧制宽展量也很小[6]。

2　带钢头尾短行程控制基本原理及模

型

211　短行程控制基本原理

带钢头尾短行程控制[7]是在大侧压下用于克服板坯头尾部所产生的失宽及提高板带成材率的一项先进技术。基本控制思想是:根据轧件头尾部宽度异常的轮廓曲线,得出宽度补偿曲线,在立辊轧制过程中根据该补偿曲线动态调整立辊轧机的开口度,再经过水平辊轧制后,使头尾端部的失宽量减少到最低限度[8]。以两段折线为例,短行程控制的基本原理如图1所示。 由图1可以看出,带钢头部进入轧机时,头部端点的立辊开口度最大,随着轧制的进行开口度逐步缩小直到达到静态开口度(板坯中间稳定部分立辊辊缝)。尾部则相反,从静态开口度逐渐加大,

直到

W H1、W T1—单侧头、尾部端点立辊开口度修正量;W H2、W T2—单侧头、尾部中间点立辊开口度修正量;L H1、L T1—短行程头、尾部控制全长;　L H2、L T2—短行程头、

尾部中间点长度;　S 0—定长部立辊开口度。

图1　短行程控制基本原理示意图

Fig 11　Diagram of short stroke control principle

尾部端点的最大开口度。这样带钢经过水平辊的继续轧制,可大大改善带钢头尾部的不规则形状。212　短行程控制模型 国内某热轧厂两段折线式头部短行程控制模型如下(尾部控制模型结构与之相比基本相同,只是存在控制参数的差异):

L H1=α1β1B i

(1) L H2=β2L H1(2) W H1=α2[β3(

ΔB i /10)+B i m ](3) W H2=β4W H1

(4)

式中:B i 为第i 道次板坯入口宽度(i 为奇数,即有立辊投入的道次),mm ;ΔB i 为第i 道次立辊侧压量,mm ;B i m 为第i 道次宽度微调值,mm ;L H1为短行程头部控制全长,mm ;L H2为短行程头部中间点长度,mm ;W H1为单侧头部端点立辊开口度修正量,mm ;W H2为

单侧头部中间点立辊开口度修正量,mm ;α1、α2为与

偏差有关的调整参数;β1、β2、β3、β4为与工艺有关的调整参数。

该模型结构比较简单,主要是以各道次板坯来料宽度和立辊压下量为基础的数学模型,并没有考虑轧辊直径、来料厚度、平辊压下量等因素对带钢头尾宽度超差的影响,并且模型中的控制参数大多是经验所得,虽然在一定程度上可以减少带钢头尾部的宽度超差,但是远未达到最优状态。为了最大限度地减少切损量,必须对该模型参数进行优化学习。

3　短行程曲线的自学习

311　模型自学习原理

模型自学习能够有效提高设定模型的预报精度。以加法自学习为例,模型可用下式表示:

y =f (x 1,x 2,…,x m )+β

(5)式中:y 为模型预报值;x 1、x 2、x m 为直接影响模型的

自变量;

β为自学习系数。 第n 次计算时,β=βn ,根据式(5)计算出模型预报值y n ;结合第n 次实测值y 3n ,可以计算出β的第n 次

瞬时值β3

n ,再使用指数平滑法计算βn +1:

βn +1=βn +α(β3

n -βn )(6)式中:α为平滑增益系数,0≤α≤1。 α值太大将引起预报值的“振荡”,使预报值忽高

忽低,α值太小将使预报值逼近目标值的速度减慢,实际控制中α一般取013～016。 第n +1次计算时,取β=βn +1,代入式(5)计算模

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