轧制过程数学模型与自动化

1.4 轧制过程计算模型的建模方法
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。
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。
轧制过程数学模型与自动化
主讲：王庆娟
教材与参考书
《轧制过程数学模型》 任勇主编 冶金 工业出版社
《轧制过程数学模型》 杨节主编 冶金工 业出版社
《轧制过程自动化》丁修堃主编 冶金工 业出版社
《轧制参数计算模型及其应用》刘相华 主编 冶金工业出版社
第一篇 轧制过程数学模型
轧制过程数学模型概述 轧制过程基本数学模型 模型识别和参数估计的数学方法 数学模型的自适应控制
2.1.1 能耗模型的理论基础
圆柱体塑压模型
2.1.1 能耗模型的理论基础
根据体积不变定理
2.1.2 能耗模型的基本形式
以轧件出口厚度h作为自变量 以延伸率作为自变量
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
2.2.2 计算轧制单位压力理论
卡尔曼理论
K
(
1)
h0 hx
1
px
K
Biblioteka Baidu
(
1)
hx h1
1
2.2.2 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
影响单位压力的各种因素
2.2.2 计算轧制单位压力理论
3）模型在轧制过程控制中的作用
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
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
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
根据反映轧制过程效果的在线数据，对模型系数进行 自学习使模型能够工作在最佳状态。
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、卷曲温度、轧件力学性能
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
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
新一代控制冷却技术
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。
高、连续
化生产
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。
超快速冷却技术 冷却路径控制技术
柔性轧制技术 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
2.1 能耗模型 2.2 轧制力模型 2.3 前滑模型 2.4 宽展模型 2.5 温降模型
2.1 能耗模型
定义：
在轧制过程中，单位重量（或体积）的轧件产生一定变形所消 耗的的功称作能耗E
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。提出“层别” 概念和做法。
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
2）轧制自动化的三大要素
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。
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。
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
采利柯夫单位压力公式
dpx
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px K
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1 ln( δ
δp x
K) ln 1 hx
C
C
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ln(ξ 0δK
K) ln
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2.2.2 计算轧制单位压力理论
采利柯夫单位压力公式
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1
px
第1章 轧制过程数学模型概述
1.1 数学模型的概念 1.2 模型在轧制过程控制中的作用 1.2轧制过程计算模型的特点 1.3 计算模型的建模方法 1.4 发展趋势与展望
1.1数学模型的概念
2
1.2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
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
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。 2）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。 3）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。 4）将能耗E作为状态参量建立其他模型自变量引入
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。
现代轧钢工作 者的首要任务
分析模型、掌握模型、调教模型、优化模型
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
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。
作用在轧件上的单位压力
2.2.2 计算轧制单位压力理论
平衡方程式
(
x
d
x
)(hx
dhx
)
x hx
2
px
dx
cos
sin
x
dx
cos
cos
0
塑性方程式 1 3 1.15 s K
单位压力的基本微分方程式
d( px K ) K dy 2tx 0
dx
hx dx hx
2.2.2 计算轧制单位压力理论