冷连轧轧制特性分析与多变量优化策略研究

摘要

冷连轧机组作为高效的板带生产机组，具有设备众多、控制过程复杂的特点，该机组的厚度和张力控制技术是冷轧生产中系统性极强、精度要求极高的综合性技术。本文以某酸洗冷连轧机组自动化控制系统的研发项目为背景，研究了冷连轧的轧制特性以及厚度-张力多变量优化控制策略，主要研究内容如下: (1)分析了冷连轧轧制变形区主要参数及其计算方法。给出了适于在线应用的轧制力模型、变形抗力模型、摩擦系数模型及前滑模型。对秒流量方程、轧机弹跳方程及张力方程等冷连轧过程基本方程进行了深入研究。 (2)结合轧制过程基本方程，逐一推导了各机架用于轧制特性分析的增量模型，主要包括轧制力增量方程、厚度增量方程、前滑率增量方程、机架间张力增量方程等，提出了使用多个惯性环节代替延时环节的入口厚度变化表达方式，给出了执行机构惯性环节模型。基于推导的增量方程，建立了状态空间表达式的系数矩阵，为冷连轧轧制特性分析奠定了理论依据。 (3)结合现场工艺设备参数和相关偏微分系数，利用状态空间分析法对冷连轧轧制特性进行了研究。分别给定来料厚度、机架辊缝及机架速度等干扰量或调节量，模拟了各机架带钢出口厚度和机架间张力变化的动态过程，并对该过程进行了深入地分析研究，获得了各干扰量和调节量对轧件出口厚度和机架间张力的影响规律。 (4)基于线性二次型最优控制理论，给出了冷连轧厚度—张力多变量优化控制策略，并制定了权重矩阵的取值原则。基于MATLAB软件建立仿真平台，通过分别给定来料厚度变化、来料硬度变化以及中间机架轧制过程扰动，对传统控制策略和多变量优化控制策略进行了对比，结果表明该优化控制策略具有控制精度高、抗干扰能力强的优点。 本文的研究结果针对冷连轧过程中的厚度-张力多变量优化控制，对提高冷连轧的厚度控制精度和张力控制精度具有积极的促进作用。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题的研究背景及意义

1．2冷轧生产工艺

1．3冷连轧机自动化控制系统

1．3．1冷连轧自动化系统的结构

1．3．2冷连轧计算机控制系统的功能

1．4传统的冷连轧厚度与张力控制策略

1．4．1 自动厚度控制(AGC)

1．4．2自动张力控制(ATC)

1．4．3传统的冷连轧厚度与张力控制策略

1．5本文的主要研究内容

第2章冷连轧过程数学模型与基本方程

2．1冷连轧过程数学模型

2．1．1数学模型的建立方法

2．1．2轧制变形区及其主要参数

2．1．3变形抗力模型

2．1．4摩擦系数模型

2．1．5轧制力模型

2．1．6前滑模型

2．2冷连轧基本方程

2．3冷连轧过程基本方程

2．3．1秒流量方程

2．3．2轧机弹跳方程

2．3．3 张力方程

2．4小结

第3章冷连轧轧制特性状态空间模型

3．1状态空间分析法

3．1．1状态空间分析法的基本概念

3．1．2状态空间与状态方程的建立

3．2增量模型建立

3．2．1厚度增量模型

3．2．2机架间张力增量模型

3．2．3执行机构参数的变化率

3．3状态空间系数矩阵的确定

3．3．1 系数矩阵A

3．3．2系数矩阵B

3．3．3系数矩阵C

3．3．4系数矩阵Din和Dout

3．4小结

第4章冷连轧轧制特性分析

4．1概述

4．2轧制特性分析计算

4．3冷连轧轧制特性分析

4．3．1干扰量的影响

4．3．2辊缝的影响

4．3．3轧辊速度的影响

4．4冷连轧轧制参数影响规律分析

4．4．1各因素对各机架带钢出口厚度的影响

4．4．2各因素对机架间张力的影响

4．5小结

第5章冷连轧厚度与张力优化控制技术研究

5．1概述

5．2本课题研究的厚度与张力控制系统

5．2．1测量仪表配置

5．2．2本课题的冷连轧厚度与张力控制系统的设计

5．3冷连轧厚度与张力多变量优化控制

5．3．1 线性系统的二次型最优控制理论

5．3．2厚度与张力优化控制理论

5．3．3优化策略的应用

5．4多变量优化控制效果

5．4．1来料厚度呈正弦变化

5．4．2来料厚度阶跃变化

5．4．3来料硬度变化

5．4．4第3机架辊缝变化

5．4．5第3机架辊速变化

5．5小结

第6章结论

参考文献

致谢