專利名稱：一種控制帶鋼溫度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種控制帶鋼溫度的方法，用于冷軋廠連續(xù)退火機組、熱鍍鋅機組等連續(xù)生產線的帶鋼溫度控制。
背景技術：
帶鋼溫度控制是整個生產線的核心控制技術之一，對提高產品質量起著非常重要的作用，一般是采用加熱爐數學模型來控制帶鋼的溫度，目前現有的加熱爐數學模型大部分都是按照具體的生產工藝廠家而定，生產工藝廠家不同，其相應的退火爐數學模型機理也不相同，而且響應速度慢，控制精度也不高。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種可快速、準確控制帶鋼溫度的方法，其通過參數配置可適用于不同生產線。
為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了下述技術方案提供一種控制帶鋼溫度的方法，其包括如下步驟A、根據通板順序、鋼板的基本數據、中央段的速度設定值、帶鋼的實際溫度、帶鋼的目標溫度、工藝數字模型的自學習參數，利用廣義預測控制原理，根據帶溫動態(tài)模型預測將來某一時刻的帶溫；B、使目標帶鋼的溫度與預測帶溫的差達到最小值為原則，計算出需要的煤氣流量偏差；C、再根據實際煤氣流量結合煤氣流量偏差計算出煤氣流量設定值；
D、將煤氣流量設定值發(fā)送至儀表控制設備；E、在溫態(tài)時根據實際帶溫進行靜態(tài)模型及動態(tài)模型的自學習，并再次進行煤氣流量設定值計算。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點加熱爐的數學模型利用了廣義的預測控制原理(GPC)，對于不斷改變目標值的系統(tǒng)來說，GPC是最合適的控制理論?；贕PC，根據帶溫動態(tài)模型預測將來某時刻的帶溫，并使目標帶溫與預測帶溫之差達到最小值為原則，求得煤氣流量。預測帶溫是隨帶鋼寬度、厚度變化或帶鋼速度而變化，而目標帶溫隨產品卷變化而變化。該模型提供了響應快又穩(wěn)定的控制系統(tǒng)。該模型從熱力學平衡方程和系統(tǒng)狀態(tài)方程，導出加熱爐帶溫控制的靜態(tài)模型和動態(tài)模型，再根據預測控制原理來計算煤氣流量的增量，并用帶遺忘因子的遞推最小二乘法，來修正數學模型的系數。實際應用效果良好，系統(tǒng)穩(wěn)定時目標帶鋼溫度與實際溫度不超過3度。
1、利用廣義預測控制原理(GPC)控制帶鋼溫度，響應速度非?？欤刂凭雀?；2、與生產工藝關聯不大，不管退火爐工藝廠商和生產工藝不同，只要對參數作配置均可使用本方法。
3、自動分配煤氣流量，該方法能根據鋼種、規(guī)格自動分配各爐區(qū)煤氣流量。
4、消除由于爐溫造成的帶鋼跑偏，加熱爐各爐區(qū)之間如果存在不合理的爐溫偏差，容易造成帶鋼的跑偏，該方法能通過自動分配各爐區(qū)煤氣流量，而消滅這種爐溫偏差。


圖1是本發(fā)明的一種控制帶鋼溫度的方法的流程圖。
圖2是帶鋼目標溫度的計算和實際中央線速度的關系。
具體實施例方式
如圖1所示本發(fā)明的控制帶鋼溫度的方法包括如下步驟1、根據通板順序、鋼板的基本數據、中央段的速度設定值、帶鋼的實際溫度、帶鋼的目標溫度、工藝數字模型的自學習參數，利用廣義預測控制原理(GPC)，根據帶溫動態(tài)模型預測將來某一時刻的帶溫；2、使目標帶鋼的溫度與預測帶溫的差達到最小值為原則，計算出需要的煤氣流量偏差；3、再根據實際煤氣流量結合煤氣流量偏差計算出煤氣流量設定值；4、將煤氣流量設定值發(fā)送至儀表控制設備；5、在溫態(tài)時根據實際帶溫進行靜態(tài)模型及動態(tài)模型的自學習，并再次進行煤氣流量設定值計算。
下面結合上述步驟，詳細說明本發(fā)明的處理過程其中，步驟1中帶鋼目標溫度的計算如下1)正常帶鋼目標溫度的確定標準正常的帶鋼目標溫度由基本的熱循環(huán)代碼決定TSoa＝TSol+TSmoTSoa帶鋼在HC出口的目標溫度TSol適當帶鋼的標準目標溫度TSmo操作員通過VDU輸入正常帶鋼的標準目標修改溫度值2)過渡帶鋼目標溫度的確定標準虛擬的帶鋼目標溫度由生產線操作員決定TSoa＝TSol+TSmoTSoa帶鋼在HF出口的目標溫度TSol適當帶鋼的標準目標溫度TSmo操作員通過VDU輸入的虛擬帶鋼標準目標修改溫度值3)帶鋼目標溫度的確定(熱循環(huán)代碼C1，R2)目標帶鋼溫度的計算和實際中央線速度的關系如圖2所示目標帶鋼溫度根據熱循環(huán)代碼確定，然后不同的實際中央線速度有不同的目標帶鋼溫度，實際中央線速度與目標帶鋼溫度的關系由實際經驗確定，其中中央線速度指爐子段的帶鋼速度。
其中，帶鋼溫度靜態(tài)模型如下SVF≡TSS-TSiTF-TSi]]>=1-exp[-1s1·(TV-TVave)+s2·TV·(TV-TVave)+s3·TV·(TF-TFave)+s4]]]>其中t 采樣時間S 交換面積TH帶鋼厚度WD帶鋼寬度VS帶鋼線速度TF爐溫
TSi加熱段入口帶溫TSS帶溫靜態(tài)值(穩(wěn)態(tài)，即當TF，TH，VS是常數)TV 面積速度(TH×VS)TVave TV的平均值TFave TF的平均值SVF爐溫系數s1，...，s4模型自學習參數p 帶鋼比重Cρ帶鋼比熱σ0Stefan-Boltzmann系數φ 帶鋼輻射系數根據靜態(tài)模型得出帶鋼溫度動態(tài)模型如下yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(t)]]>yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(t)]]>輸出是板溫偏差，輸入是煤氣流量偏差乘上一個時變系數；干擾則是在帶鋼速度、厚度、寬度的變化引起的一系列動態(tài)干擾。
y(t)≡TS(t)-TSaveu(k)＝DVF(k)*{FL(k)-FLave}w1≡TST(k-1)
w2≡DSS(k)w3≡DVF(k)*{WD(k)*TH(k)*VS(k)-WTVave}w4≡DVF(k) k＝t+1，...，t+dDVF(k)≡∂(TSS)∂(TF)]]>其中d 帶鋼升溫延遲時間(見圖3-1)yhat(t)采樣時y(t)的估計值TV 面積速度(TH*VS)FL 煤氣流量WD 帶鋼寬度SVF 爐子溫度系數DVF 爐溫微分系數DSS 帶溫常數項變化量，(當TH×VS發(fā)生變化后)TST 帶溫一次延遲項(當TH×VS發(fā)生變化后，帶溫修正項)TSaveTS的平均值FLaveFL的平均值WTVaveWD×TH×VS的平均值a1，b1-bm，c1-c4模型自學習參數n 常數根據帶鋼動態(tài)模型計算煤氣流量的增量
在廣義預測控制中GPC(Generalized Predictive Control)中，預測模型采用受控自回歸積分滑動模型CARIMA(controlled auto_regressiveintegrated moving average)，廣義預測控制規(guī)律的優(yōu)化目標是minJ=E{Σj=N1N2ρ(j){r(t+j)-y(t+j)}2+wΣk=1NUΔu′(t+k-1)2}]]>其中W操作量的權重ρ(j)帶溫偏差的權重r目標帶溫y實際帶溫N1 無效控制時間(延遲時間)N2 預測點的時間NU 距當前點的某時刻Δu′操作量的增量(FL(t)-FL(t-1))根據煤氣流量增量計算煤氣流量的參考值FLsv＝FLpv+Δu′(t)FLsv煤氣流量的參考值FLpv煤氣流量的實際值Δu′(t)煤氣流量增量其中，步驟5中的靜態(tài)模型的自學習系數計算如下shatj(t)＝shatj(t-1)+Kj*ε(t)Kj≡pj*φj(t)1+Σi=14pi*φi(t)2]]>其中pj自適應增益其中TV TH×VSt 采樣時間shat1參數1的估計值shat2參數2的估計值shat3參數3的估計值shat4參數4的估計值pj自適應增益步驟5中的動態(tài)模型的自學習系數計算如下 Λ(t)為N×N的矩陣，N＝n+5 λi(t)是遺忘因子λi(t)≡1-gi*ϵ(t)21+φ‾(t)TP(t-1)*φ‾(t)]]>其中gi響應θ的第i個成員的常數λi響應θ的第i個成員的遺忘因子θhat(t)在采樣t時刻的估計值
n 控制區(qū)上述模型運算時刻點為(1)在下列時間計算帶溫目標值1)每T1秒2)當中央線速度改變超過XM/MIN時。
(2)計算混合煤氣流量率在下列時間1)以上提到的所有時間(3)參數自學的執(zhí)行時間1)1)每T1秒上述運算的前提條件如下(1)計算機方式條件1)跟蹤方式ON2)與儀表的數據鏈通訊正常(2)功能設計的條件1)為每一個燃燒區(qū)設定一個混合煤氣流量率的上限值2)為每一個燃燒區(qū)設定一個混合煤氣流量率的下限值3)如果帶溫控制被禁止，該功能取消計算機方式應當信號(3)目標計算值(最后需要計算的值)1)帶鋼在HF爐出口的目標參考值2)混合煤氣流量率參考值3)模型參數另外，還對輸入數據進行上下限檢查，如果數據超出上下限計算機方式將被禁止。
權利要求
1.一種控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，包括如下步驟A、根據通板順序、鋼板的基本數據、中央段的速度設定值、帶鋼的實際溫度、帶鋼的目標溫度、工藝數字模型的自學習參數，利用廣義預測控制原理，根據帶溫動態(tài)模型預測將來某一時刻的帶溫；B、使目標帶鋼的溫度與預測帶溫的差達到最小值為原則，計算出需要的煤氣流量偏差；C、再根據實際煤氣流量結合煤氣流量偏差計算出煤氣流量設定值；D、將煤氣流量設定值發(fā)送至儀表控制設備；E、在溫態(tài)時根據實際帶溫進行靜態(tài)模型及動態(tài)模型的自學習，并再次進行煤氣流量設定值計算。
2.根據權利要求1所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，步驟A中所述的帶鋼目標溫度由基本的熱循環(huán)代碼決定，計算公式為TSoa＝TSol+Tsmo，其中，Tsoa為帶鋼在HC出口的目標溫度，Tsol為適當帶鋼的標準目標溫度，Tsmo為操作員通過VDU輸入正常帶鋼的標準目標修改溫度值。
3.根據權利要求1所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，所述目標帶鋼溫度根據熱循環(huán)代碼確定，不同的實際中央線速度有不同的目標帶鋼溫度，其中，中央線速度指爐子段的帶鋼速度。
4.根據權利要求2所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，在下列時間計算帶溫目標值，1)每T1秒，2)當中央線速度改變超過XM/MIN時。
5.根據權利要求3所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，所述的帶鋼溫度靜態(tài)模型如下SVF≡TSS-TSiTF-TSi]]>=1-exp[-1s1·(TV-TVave)+s2·TV·(TV-TVave)+s3·TV·(TF-TFave)+s4]]]>其中t為采樣時間，S為交換面積，TH為帶鋼厚度，WD為帶鋼寬度，VS為帶鋼線速度，TF為爐溫，Tsi為加熱段入口帶溫，TSS為帶溫靜態(tài)值，TV為面積速度，Tvave為TV的平均值，Tfave為TF的平均值，SVF為爐溫系數，s1，...，s4為模型自學習參數，ρ為帶鋼比重，Cρ為帶鋼比熱，σ0為Stefan-Boltzmann系數，φ為帶鋼輻射系數。
6.根據權利要求4所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，根據靜態(tài)模型得出帶鋼溫度動態(tài)模型如下yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(i)]]>yhat(t)=a1y(t-1)+Σi=1nbiu(t-d-i+1)+Σi=14ciwi(t)]]>輸出是板溫偏差，輸入是煤氣流量偏差乘上一個時變系數；干擾則是在帶鋼速度、厚度、寬度的變化引起的一系列動態(tài)干擾。y(t)≡TS(t)-TSaveu(k)＝DVF(k)*{FL(k)-FLave}w1≡TST(k-1)w2≡DSS(k)w3≡DVF(k)*{WD(k)*TH(k)*VS(k)-WTVave}w4≡DVF(k)k＝t+1，...，t+dDVF(k)≡∂(TSS)∂(TF)]]>其中d為帶鋼升溫延遲時間，yhat(t)為采樣時y(t)的估計值，TV為面積速度，FL為煤氣流量，WD為帶鋼寬度，SVF為爐子溫度系數，DVF為爐溫微分系數，DSS為帶溫常數項變化量，TST為帶溫一次延遲項，TSave為TS的平均值，FLave為FL的平均值，WTVave為WD×TH×VS的平均值，a1，b1-bm，c1-c4為模型自學習參數，n為常數
7.根據權利要求5所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，根據所述帶鋼動態(tài)模型計算煤氣流量的增量在廣義預測控制中，預測模型采用受控自回歸積分滑動模型，廣義預測控制規(guī)律的優(yōu)化目標是minJ=E{Σj=N1N2ρ(j){r(t+j)-y(t+j)}2+wΣk=1NUΔu′(t+k-1)2}]]>其中，w為操作量的權重，ρ(j)為帶溫偏差的權重，r為目標帶溫，y為實際帶溫，N1為無效控制時間，N2為預測點的時間，NU為距當前點的某時刻，Δu′為操作量的增量。
8.根據權利要求6所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，根據煤氣流量增量計算煤氣流量的參考值FLsv＝FLpv+Δu′(t)FLsv為煤氣流量的參考值，FLpv為煤氣流量的實際值，Δu′(t)為煤氣流量增量。
9.根據權利要求4所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，靜態(tài)模型的自學習系數計算如下shatj(t)＝shatj(t-1)+Kj*ε(t)Kj≡pj*φj(t)1+Σi=14pi*φi(t)2]]>其中，pj自適應增益，TV為TV為面積速度，t為采樣時間，shat1為參數1的估計值，shat2為參數2的估計值，shat3為參數3的估計值，shat4為參數4的估計值，pj為自適應增益。
10.根據權利要求5所述的控制帶鋼溫度的方法，其特征在于，動態(tài)模型的自學習系數計算如下 Λ(t)為N×N的矩陣，N＝n+5 λi(t)是遺忘因子，λi(t)≡1-gi*ϵ(t)21+φ‾(t)TP(t-1)*φ‾(t)]]>其中，gi為響應θ的第i個成員的常數，λi為響應θ的第i個成員的遺忘因子，θhat(t)為在采樣t時刻的估計值，n為控制區(qū)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制帶鋼溫度的方法，其包括如下步驟A.利用廣義預測控制原理，根據帶溫動態(tài)模型預測將來某一時刻的帶溫；B.使目標帶鋼的溫度與預測帶溫的差達到最小值為原則，計算出需要的煤氣流量偏差；C.再根據實際煤氣流量結合煤氣流量偏差計算出煤氣流量設定值；D.將煤氣流量設定值發(fā)送至儀表控制設備；E.在溫態(tài)時根據實際帶溫進行靜態(tài)模型及動態(tài)模型的自學習，并再次進行煤氣流量設定值計算。本發(fā)明可快速、準確控制帶鋼溫度，其可通過參數配置可適用于不同生產線。
文檔編號C21D11/00GK1704487SQ200410024768
公開日2005年12月7日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權日2004年5月28日
發(fā)明者金武明 申請人:上海寶信軟件股份有限公司