高精度冷连轧过程控制系统智能优化研究

本书以某1450mm六辊五机架全连续冷连轧机电气自动化系统升级改造项目为背景，对冷连轧过程控制及模型设定系统进行了深入研究。主要研究内容包括：提出了一种基于目标函数的冷连轧轧制力模型和前滑模型的协同自适应算法，得到了同时满足轧制力模型和前滑模型计算精度的自适应系数；建立了基于硬度辨识的冷连轧厚度控制模型，解决了冷轧来料硬度波动对带钢厚度精度的重发性影响；提出了一种薄规格带钢轧制规程多目标优化算法，在满足轧制需求的基础上提高了计算效率、缩短计算时间；基于辊缝凸度偏差建立了兼顾轧制力的弯辊力预设定多目标函数，并采用多目标智能优化算法进行求解，保证了板形预设定系统的稳定运行及成品带钢的板形精度。在此基础上建立了冷连轧过程控制系统，取得了良好的应用效果。

卜赫男，辽宁鞍山人，蒙古族，工学博士，副教授。2018年1月于东北大学获工学博士学位，现为江苏科技大学机械工程学院教师。主要从事带钢冷连轧过程自动控制及模型设定系统方面的优化研究。主持国家自然科学基金项目“冷轧带钢预设定过程板形板厚耦合特性研究及协调优化”及江苏省自然科学基金项目“基于大数据的冷轧带钢板形预设定智能优化研究”，发表学术研究论文15篇，其中SCI/EI检索11篇，申请国家发明专利4件。

第1章 绪论 1.1 研究背景和意义 1.2 冷连轧机及生产技术的发展 1.2.1 国内外冷连轧机的发展 1.2.2 冷连轧生产技术的发展 1.3 冷连轧带钢的生产特点及流程 1.3.1 生产特点 1.3.2 工艺流程 1.4 轧制过程数学模型的特点及发展 1.4.1 轧制模型的特点 1.4.2 建模方法及模型发展 1.5 多目标优化问题概述 1.5.1 多目标优化问题的发展 1.5.2 多目标优化概念及术语 1.5.3 多目标优化算法的分类 本章小结 第2章 冷连轧过程自动化系统 2.1 冷连轧控制系统概述 2.1.1 基础自动化级 2.1.2 过程自动化级 2.1.3 生产管理级 2.2 冷连轧机组过程控制系统 2.2.1 过程控制系统结构及功能 2.2.2 与生产管理系统进行数据传输 2.2.3 带钢跟踪管理 2.2.4 数据采集管理 2.2.5 班组管理 2.2.6 轧辊管理 2.3 过程自动化HMI及报表管理 2.3.1 轧机二级HMI 2.3.2 报表管理 本章小结 第3章 冷连轧在线数学模型及模型自适应研究 3.1 过程控制数学模型 3.1.1 轧制力矩模型 3.1.2 电机功率模型 3.1.3 轧机弹性模数模型 3.1.4 厚度计模型 3.1.5 辊缝模型 3.2 轧制力和前滑模型协同自适应 3.2.1 模型自适应概述 3.2.2 轧制力模型 3.2.3 前滑模型 3.2.4 目标函数设计 3.2.5 多种群协同进化算法 3.2.6 计算和讨论 3.3 基于硬度辨识的厚度控制模型 3.3.1 硬度波动对厚度精度的影响 3.3.2 模型的建立 3.3.3 离线仿真结果及分析 本章小结 第4章 冷连轧带钢轧制规程多目标优化研究 4.1 轧制规程概述及发展 4.1.1 轧制规程策略 4.1.2 轧制规程发展 4.2 多目标函数的设计 4.2.1 在线控制参数计算模型 4.2.2 功率目标函数 4.2.3 张力目标函数 4.2.4 板形目标函数 4.2.5 多目标函数的建立 4.2.6 约束条件 4.3 基于影响函数法的板形目标函数 4.3.1 影响函数法 4.3.2 张应力计算 4.4 轧制规程优化算法 4.4.1 禁忌搜索算法 4.4.2 基于案例推理的初始解选择 4.4.3 计算流程 4.5 规程优化设计的实现 4.5.1 优化变量的选择 4.5.2 张力规程的修正 4.6 现场应用及结果分析 本章小结 第5章 冷连轧带钢弯辊力预设定研究 5.1 板形控制基本手段 5.1.1 液压弯辊 5.1.2 轧辊横移 5.1.3 轧辊倾斜 5.2 弯辊力预设定多目标函数的建立 5.2.1 离散化 5.2.2 辊缝凸度偏差计算 5.2.3 传统弯辊力预设定目标函数 5.2.4 兼顾轧制力的多目标函数 5.3 多目标智能优化算法 5.3.1 遗传算法 5.3.2 多目标优化及Pareto最优解 5.3.3 基于遗传算法的多目标优化算法 5.4 现场应用及结果分析 本章小结 第6章 冷连轧过程控制系统的工业应用 6.1 工业应用背景 6.1.1 机组总体参数 6.1.2 主要技术参数 6.1.3 机组工艺流程 6.1.4 存在问题及解决方案 6.1.5 计算机控制系统概况 6.2 过程自动化系统的控制效果 6.2.1 钢种SPCC的控制效果 6.2.2 钢种Q195的控制效果 6.2.3 钢种MRT-3的控制效果 6.2.4 钢种MRT-2.5的控制效果 6.2.5 控制效果分析 本章小结 第7章 结论 参考文献