热带钢轧机平坦度控制补偿策略.pdf_大学文库

D01:10.13374/i.1s8n1001053x.2001.05.022 第26卷第5期北京科技大学学报 Vol.26 No.5 2004年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2004 热带钢轧机平坦度控制补偿策略孙克文”何安瑞”杨荃”张清东)赵林引郭晓波到 1)北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京1000832)北京科技大学机械工程学院，北京100083 3)鞍山钢铁集团公司，鞍山114021 摘要在带钢热连轧平坦度控制系统中，平坦度实测信号通常包含精轧后带钢横向温差引起的附加干扰.针对鞍钢ASP1700热连轧机组，利用红外热像仪测量精轧后带钢横向温度场.通过具体分析温差附加干扰对带钢平坦度控制的影响，采用最小二乘法拟合得到带钢横向温度场分布规律，建立了平坦度控制目标设定的温差补偿模型，关键词热带轧机；温度场；平坦度；最小二乘法分类号TG333.71;TP271 平坦度精度是热轧带钢生产一项主要的质量指标和决定其市场竞争力的主要因素.在平坦目标平坦度偏差平坦度输出值控制器调节机构轧机度闭环反馈控制系统中，通过目标平坦度与平坦度实测信号的偏差确定执行机构的调节动作方向和调节量.可见，热轧带钢平坦度控制的效果平坦度变换单元平坦度检测在很大程度上依赖于平坦度信号的检测精度，平坦度实测值然而，热轧带钢从精轧末机架F6出口处经过图1带钢平坦度闭环控制示意图层流冷却进入卷取机的过程中，由于其横向散热 Fig.1 Sketch map of the closed loop control system of strip flatness 条件的不同，导致横向温度分布不均匀和内部的热延伸不同，从而产生对带钢平坦度测量的附加目标。目标平坦度曲线是平坦度在线控制的标干扰信号.这种附加干扰信号在带钢离线后会准，通过目标平坦度曲线与实测平坦度的偏差确自动消除，并不表征当前带钢的真实平坦度状定平坦度控制各执行机构的控制量.目标平坦度况，因此，精确测量带钢横向温度分布形式及大曲线在理论上应是一条直线，但实际控制时，由小，确定恰当的温度补偿量及补偿形式，消除温于带钢精轧后横向散热条件不同，其横向温度分度分布不均所带来的影响，在热连轧平坦度闭环布不均匀，导致沿横向出现不均匀的热延伸控制过程中显得尤为重要. 如果不能对此进行修正，尽管平坦度控制系统将平坦度偏差调整到零，仍然不能获得良好平坦度 1平坦度闭环控制系统的带钢.因此，目标平坦度设定应考虑对带钢精热连轧带钢平坦度闭环控制系统包括目标轧后横向温度分布不均的温度补偿，平坦度的设定、平坦度的测量、平坦度缺陷的模平坦度仪通常安装在精轧机组出口处，对带式识别以及平坦度控制执行机构的调整，如图1 钢平坦度进行测量.平坦度信号的模式识别是整所示. 个平坦度控制系统中最关键的一环，必须建立一在平坦度闭环控制系统中，一项很重要的工个能准确反映当前所轧制带钢平坦度状况的平作是制定目标平坦度曲线，所谓目标平坦度曲线坦度缺陷识别模型，.平坦度控制系统通过工作即平坦度控制系统调节带钢平坦度所要达到的辊的倾斜，构成楔形辊缝，从而控制非对称的平坦度缺陷：通过调整弯辊力改变辊缝的凸度，实收稿日期200401-14孙克文男，25岁，硕士 *国家“九五”重大装备研制项目No.97-316-01-01) 现对称平坦度缺陷的控制

第卷第期年月北京科技大学学报热带钢轧机平坦度控制补偿策略孙克文 ” 何安瑞 ” 杨荃 ” 张清东 ” 赵林 ” 郭晓波 ” 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京北京科技大学机械工程学院，北京鞍山钢铁集团公司，鞍山摘要在带钢热连轧平坦度控制系统中，平坦度实测信号通常包含精轧后带钢横向温差引起的附加干扰针对鞍钢热连轧机组，利用红外热像仪测量精轧后带钢横向温度场通过具体分析温差附加干扰对带钢平坦度控制的影响，采用最小二乘法拟合得到带钢横向温度场分布规律，建立了平坦度控制目标设定的温差补偿模型关键词热带轧机温度场平坦度最小二乘法分类号平坦度精度是热轧带钢生产一项主要的质量指标和决定其市场竞争力的主要因素在平坦度闭环反馈控制系统中，通过目标平坦度与平坦度实测信号的偏差确定执行机构的调节动作方向和调节量可见，热轧带钢平坦度控制的效果在很大程度上依赖于平坦度信号的检测精度然而，热轧带钢从精轧末机架出口处经过层流冷却进入卷取机的过程中，由于其横向散热条件的不同，导致横向温度分布不均匀和内部的热延伸不同，从而产生对带钢平坦度测量的附加千扰信号 “ ，这种附加干扰信号在带钢离线后会自动消除，并不表征当前带钢的真实平坦度状况因此，精确测量带钢横向温度分布形式及大小，确定恰当的温度补偿量及补偿形式，消除温度分布不均所带来的影响，在热连轧平坦度闭环控制过程中显得尤为重要目标平坦度平坦度输出值轧机平坦度实测值图带钢平坦度闭环控制示意图 · 平坦度闭环控制系统热连轧带钢平坦度闭环控制系统包括目标平坦度的设定、平坦度的测量、平坦度缺陷的模式识别以及平坦度控制执行机构的调整，如图所示在平坦度闭环控制系统中，一项很重要的工作是制定目标平坦度曲线，所谓目标平坦度曲线即平坦度控制系统调节带钢平坦度所要达到的收稿日期一习一孙克文男，岁，硕士国家 “ 九五 ” 重大装备研制项目一一目标目标平坦度曲线是平坦度在线控制的标准，通过目标平坦度曲线与实测平坦度的偏差确定平坦度控制各执行机构的控制量目标平坦度曲线在理论上应是一条直线，但实际控制时，由于带钢精轧后横向散热条件不同，其横向温度分布不均匀，导致沿横向出现不均匀的热延伸 ‘，，，如果不能对此进行修正，尽管平坦度控制系统将平坦度偏差调整到零，仍然不能获得良好平坦度的带钢因此，目标平坦度设定应考虑对带钢精轧后横向温度分布不均的温度补偿平坦度仪通常安装在精轧机组出口处，对带钢平坦度进行测量平坦度信号的模式识别是整个平坦度控制系统中最关键的一环，必须建立一个能准确反映当前所轧制带钢平坦度状况的平坦度缺陷识别模型‘叨平坦度控制系统通过工作辊的倾斜，构成楔形辊缝，从而控制非对称的平坦度缺陷通过调整弯辊力改变辊缝的凸度，实现对称平坦度缺陷的控制 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．05．022

·546· 北京科技大学学报 2004年第5期 2层流冷却鞍钢ASP1700热带轧钢厂层流冷却系统由上下冷却系统及侧喷嘴系统三部分组成.上部和下部冷却系统各分成60个冷却控制段，每段由一个阀进行冷却水的开关控制.上部每2根集管为一段，共120根集管，每根集管设有多个鹅颈喷水管.下部每4根集管为一段，共240根集管，每根集管上有11或12个喷嘴，侧喷系统分布在图2热轧带钢测试图片输出辊道两侧，交叉布置，共有9个侧喷嘴. Fig.2 Measured picture of hot strip 层流冷却系统通常由上部层流、下部喷射、侧喷和侧吹几部分构成.上部层流为大流量的低 4平坦度控制目标设定的温差补压水，下部喷射为高压水，侧喷为中压水.侧喷的偿模型主要作用是把带钢表面的冷却水吹走，形成层流，以提高冷却效果，侧吹的作用是吹掉带钢表在平坦度闭环反馈控制系统中，通过设定的面的氧化铁皮和积水，以便于准确地测量带钢厚控制目标与平坦度实测信号的偏差确定执行机度和温度9 构的调节动作方向和调节量，使得平坦度评价函在层流冷却区入口，使用终轧温度计来测量数J达到最小，从而完成平坦度控制过程四.其带钢进入层流冷却区的温度：在层流冷却后，使中，评价函数J为：用卷取温度计来检测层流冷却系统的冷却效果； J=f△p) (1) 在层流冷却区中后部还设置了一个中间温度计， △p=p-Pm 式中，p,为设定的平坦度值，P为平坦度仪实测的用来检测带钢的中间冷却效果，三个温度计检测平坦度值. 的实际带钢温度由仪表微机经计算机通信传给对于热轧带钢，离开精轧末机架F6后，由于上级计算机，横向散热条件不同，其横向温度分布不均匀，通常中间温度高，两边温度低.由于不同的温度将 3测量原理引起不同的热膨胀，即不同的热伸长.所以轧后带钢横向温度分布规律直接影响着平坦度带钢横向各点的纵向延伸必然不同，从而产生附控制目标的设定精度，为了掌握鞍钢ASP精轧后加温差平坦度信号P.这些附加信号的存在使得带钢的横向温度分布规律及层流冷却对带钢横平坦度的实际测量值由p转化为pm.这里，向温度分布的影响，以便分析轧后冷却对带钢平 Pn=Pe+pr (2) 坦度的影响，为ASP平坦度控制补偿策略的提出因为横向温差的存在（中间高，两边低），对积累数据，在精轧机的出口和卷取机的入口处分已经平直的带钢而言，其平坦度检测信号将表征别利用两台TV550手持式红外热像仪对多种轧为中间松弛，两边拉紧的板形缺陷：相反，对平坦制规格的带钢表面的温度进行了跟踪测量，测试度检测信号表征为平直的热轧带钢，当其冷却至图片如图2所示. 室温时，其真实平坦度将呈现为中间拉紧，两边由近似计算，带钢横向两点间存在1℃的温松弛的板形缺陷.为避免带钢平坦度测控过程中度差可导致1.05×10-延伸差，相当于1U板形平上述假象的存在，对带钢横向温差所致的附加平坦度差，由此产生2.205MPa的应力差.通过对不坦度干扰信号必须在平坦度闭环控制过程中予同规格的带钢横向温度的跟踪测量所获得的数以补偿. 据进行分析可知，从精轧末机架经由层流冷却到一般而言，在平坦度测量系统中进行补偿比卷取机入口的过程中，由中部到边部的温度差最较困难，能够实施的补偿形状较为单一，且不易高可达60-80℃.因此，带钢在精轧后温度阶梯效调整，而通过控制目标设定模型进行补偿可与附应很大，一定要对精轧出口板形平坦度控制目标加温差平坦度干扰信号相吻合，且调整灵活，所进行温度补偿，以使带钢获得良好的平坦度，以对附加温差平坦度干扰信号的补偿度放在平

北京科技大学学报年第期层流冷却鞍钢热带轧钢厂层流冷却系统由上下冷却系统及侧喷嘴系统三部分组成上部和下部冷却系统各分成个冷却控制段，每段由一个阀进行冷却水的开关控制上部每根集管为一段，共根集管，每根集管设有多个鹅颈喷水管下部每根集管为一段，共根集管，每根集管上有或个喷嘴侧喷系统分布在输出辊道两侧，交叉布置，共有个侧喷嘴层流冷却系统通常由上部层流、下部喷射、侧喷和侧吹几部分构成上部层流为大流量的低压水，下部喷射为高压水，侧喷为中压水侧喷的主要作用是把带钢表面的冷却水吹走，形成层流，以提高冷却效果，侧吹的作用是吹掉带钢表面的氧化铁皮和积水，以便于准确地测量带钢厚度和温度 ‘ 在层流冷却区入口，使用终轧温度计来测量带钢进入层流冷却区的温度在层流冷却后，使用卷取温度计来检测层流冷却系统的冷却效果在层流冷却区中后部还设置了一个中间温度计，用来检测带钢的中间冷却效果三个温度计检测的实际带钢温度由仪表微机经计算机通信传给上级计算机测量原理带钢横向温度分布规律直接影响着平坦度控制目标的设定精度为了掌握鞍钢精轧后带钢的横向温度分布规律及层流冷却对带钢横向温度分布的影响，以便分析轧后冷却对带钢平坦度的影响，为平坦度控制补偿策略的提出积累数据，在精轧机的出口和卷取机的入口处分别利用两台手持式红外热像仪对多种轧制规格的带钢表面的温度进行了跟踪测量，测试图片如图所示由近似计算，带钢横向两点间存在 ℃ 的温度差可导致，延伸差，相当于板形平坦度差，由此产生的应力差通过对不同规格的带钢横向温度的跟踪测量所获得的数据进行分析可知，从精轧末机架经由层流冷却到卷取机入口的过程中，由中部到边部的温度差最高可达一 ℃ 因此，带钢在精轧后温度阶梯效应很大，一定要对精轧出口板形平坦度控制目标进行温度补偿，以使带钢获得良好的平坦度图热轧带钢测试图片咭 · 碑扮平坦度控制目标设定的温差补偿模型在平坦度闭环反馈控制系统中，通过设定的控制目标与平坦度实测信号的偏差确定执行机构的调节动作方向和调节量，使得平坦度评价函数达到最小，从而完成平坦度控制过程 ‘ ，其中，评价函数为式中，为设定的平坦度值，二为平坦度仪实测的平坦度值对于热轧带钢，离开精轧末机架后，由于横向散热条件不同，其横向温度分布不均匀，通常中间温度高，两边温度低由于不同的温度将引起不同的热膨胀，即不同的热伸长所以轧后带钢横向各点的纵向延伸必然不同，从而产生附加温差平坦度信号肠这些附加信号的存在使得平坦度的实际测量值由，转化为风这里，户几户口切因为横向温差的存在中间高，两边低，对己经平直的带钢而言，其平坦度检测信号将表征为中间松弛，两边拉紧的板形缺陷相反，对平坦度检测信号表征为平直的热轧带钢，当其冷却至室温时，其真实平坦度将呈现为中间拉紧，两边松弛的板形缺陷为避免带钢平坦度测控过程中上述假象的存在，对带钢横向温差所致的附加平坦度干扰信号必须在平坦度闭环控制过程中予以补偿一般而言，在平坦度测量系统中进行补偿比较困难，能够实施的补偿形状较为单一，且不易调整，而通过控制目标设定模型进行补偿可与附加温差平坦度干扰信号相吻合，且调整灵活，所以对附加温差平坦度干扰信号的补偿度放在平

Vol.26 No.5 孙克文等：热带钢轧机平坦度控制补偿策略 ·547 坦度控制目标中进行，即在原设定的目标平坦度口处其平坦度却比较好，这表明，带钢经过层流 p的基础上加上对附加温差平坦度pr的补偿量p, 冷却区时的横向温差对其平坦度有明显影响，因将式(2)代入式(1)，此时：此，在平坦度闭环控制系统中对带钢平坦度控制 △p=(p,-pm)tpi-pr) (3) 目标进行补偿显得尤为重要当补偿量设定准确时，上式最后一项为零， 920 平坦度评价函数J才能反映真正的平坦度偏差 900 值，从而进行有效的平坦度闭环控制. 设(x)为带钢横向温度差分布，则： 880 Pr=a.f(x) (4) ~拟合后温度 860 式中，a为线膨胀系数，其中，温差分布规律(x)由带钢速度和冷却条件决定，呈近似抛物线分布， 840 即 820 f(x)=o+λx+1x2+1x3+x -0.5 0 0.5 1.0 (5) -1 归一化带钢横向位置式中，x∈[-1,1]为沿带钢宽度方向各测量点距中图3带钢横向拟合温度分布与实测温度分布比较心的归一化坐标，一元为横向温度分布函数系 Fig.3 Comparison between the lateral temperature dis- 数，可通过实测数据回归得到.由最小二乘法可 tributions of hot strip by fitting and measurement 求得关于回归系数的方程组，其矩阵形式如下： m+1 E6 5结束语含x就就 A 用最小二乘法对带钢精轧后横向温度进行就就 2= 三f侧拟合，处理方法简单，真实反映了带钢横向温度 (6) 分布规律，将温度补偿用于平坦度控制目标的设 x就就定中，采用与温度影响趋势方向相反且幅值相等的平坦度目标曲线参与平坦度闭环控制可以抵 x知消带钢横向温差对平坦度的附加影响，提高了平式中，x为测量点的横向坐标，(x)为对应测量点坦度控制的精度，使带钢平坦度指标达到了较高的温度值，m+1为总的测量点数.方程组(6)可采水平. 用高斯消元法求解. 参考文献为了消除温度场实测数据的偶然误差，在采】卿伟杰.武钢1700冷连轧机组板形控制目标的设用最小二乘法对精轧后带钢横向温度分布进行定[D].北京：北京科技大学，2000 拟合的过程中，利用同一轧制规格的多块带钢的 2卿伟杰，杨荃.冷连轧机带钢在线温度场的测量及温度数据样本进行回归计算，将带钢横向温度分其对板形的影响[J].冶金设备，2000,6(3)：10 布实测结果与温度拟合计算结果绘于同一图中3王文明，梁涛.铝带坯铸轧板形测控的补偿模型门，进行对比分析，如图3所示.结果表明，采用最小湘潭矿业学院学报，2002,17(2)：35 二乘法的计算温度值与实测温度值基本吻合，能 4欧阳金明板形自动检测及闭环控制技术的应用轧钢，1999,6(3：57 够反映带钢横向温度变化的趋势，较好地揭示了 5孙一康.带钢热连轧的模型与控制[M.北京：治金工带钢横向温度分布规律，为平坦度控制目标设定业出版社，2002 的温度补偿奠定了理论基础.为了验证所提出的 6 Fabian W,Wladika H,Tappe W,et al.On-line flatness me- 平坦度补偿策略的正确性，笔者对不同规格的位 asurement and control of hot wide strip [J].Metall Plant 于精轧机组末机架出口处和相对应的经过层流 Technol,.1985,8(4):68 冷却区后到达卷取入口处的带钢平坦度进行了 7 Shohet K N,Towensend N A.Flatness control in plate rol- 比较.结果表明，精轧机组末机架出口处平坦度 ling [J].J Iron Steel Inst,1971,10:770 很好的带钢经过层流冷却后产生了边浪：而采取 (下接第559页) 微中浪轧制的带钢经过层流冷却后到达卷取入

孙克文等热带钢轧机平坦度控制补偿策略，坦度控制目标中进行，即在原设定的目标平坦度的基础上加上对附加温差平坦度的补偿量沂，将式代入式，此时如二协一勿导一八当补偿量设定准确时，上式最后一项为零，平坦度评价函数才能反映真正的平坦度偏差值，从而进行有效的平坦度闭环控制设不为带钢横向温度差分布，则八二厂式中，为线膨胀系数其中，温差分布规律厂由带钢速度和冷却条件决定，呈近似抛物线分布，即厂几玖以扩玖厂玖才式中，任卜，习为沿带钢宽度方向各测量点距中心的归一化坐标从。以月为横向温度分布函数系数，可通过实测数据回归得到由最小二乘法可求得关于回归系数的方程组，其矩阵形式如下口处其平坦度却比较好这表明，带钢经过层流冷却区时的横向温差对其平坦度有明显影响，因此，在平坦度闭环控制系统中对带钢平坦度控制目标进行补偿显得尤为重要伴侧明、尸归一化带钢横向位置图带钢横向拟合温度分布与实测温度分布比较代十艺 ‘ 艺对艺对艺对万扣廿阅蕊闻户幻全〕、衫间丈沂厂，加艺间加伙险比阮风际卜酬、酬，酬、酬、酬、酬、酬。酬、对酬加间艺同厉问式中，为测量点的横向坐标，为对应测量点的温度值，为总的测量点数方程组可采用高斯消元法求解为了消除温度场实测数据的偶然误差，在采用最小二乘法对精轧后带钢横向温度分布进行拟合的过程中，利用同一轧制规格的多块带钢的温度数据样本进行回归计算将带钢横向温度分布实测结果与温度拟合计算结果绘于同一图中进行对比分析，如图所示结果表明，采用最小二乘法的计算温度值与实测温度值基本吻合，能够反映带钢横向温度变化的趋势，较好地揭示了带钢横向温度分布规律，为平坦度控制目标设定的温度补偿奠定了理论基础为了验证所提出的平坦度补偿策略的正确性，笔者对不同规格的位于精轧机组末机架出口处和相对应的经过层流冷却区后到达卷取入口处的带钢平坦度进行了比较结果表明，精轧机组末机架出口处平坦度很好的带钢经过层流冷却后产生了边浪而采取微中浪轧制的带钢经过层流冷却后到达卷取入结束语用最小二乘法对带钢精轧后横向温度进行拟合，处理方法简单，真实反映了带钢横向温度分布规律将温度补偿用于平坦度控制目标的设定中，采用与温度影响趋势方向相反且幅值相等的平坦度目标曲线参与平坦度闭环控制可以抵消带钢横向温差对平坦度的附加影响，提高了平坦度控制的精度，使带钢平坦度指标达到了较高水平参考文献卿伟杰武钢冷连轧机组板形控制目标的设定北京北京科技大学，卿伟杰，杨荃冷连轧机带钢在线温度场的测量及其对板形的影响冶金设备，，王文明，梁涛铝带坯铸轧板形测控的补偿模型湘潭矿业学院学报，，欧阳金明板形自动检测及闭环控制技术的应用轧钢，，孙一康带钢热连轧的模型与控制北京冶金工业出版社，，枷，几，一，，，，，下接第页

VoL.26 No.5 班晓娟等：计算机动画角色的高级行为控制 ·559· 参考文献 6 Tu X.Artificial animals for computer animation:biome- 1涂晓媛.人工鱼一计算机动画的人工生命方法 chanics,locomotion,perception,and behavior [A].ACM Outstanding Ph.D Dissertation Book Series [M].Spring- [M.北京：清华大学出版社，2001 er-Verlag,1999 2 Funge J.AI for Games and Animation:a Cognitive Mod- eling Approach [M].Massachusettts:A K Peters,Ltd., 7杨业华.普通遗传学M).北京：高等教育出版社， 2000 1999 3班晓娟.人工鱼的高级行为规划和自进化方法研究 8 Tu X,Terzopoulos D.Artificial fishes:physics,locomo- tion,perception,behavior [A].ACM Computer Graphics, D1北京：北京科技大学，2003 4陈阅增.普通生物学[M.北京：高等教育出版社， Annual Conference Series,Proceedings of SIGGRAPH'94 1997 [C].USA,1994.43 5刘建康高级水生生物学[M北京：科学出版社，2000 High-level Motion Control of Characters in Computer Animation BAN Xiaqjuan",AI Dongmei,ZENG Guanping",YIN Yixin 1)Information Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Applied Science School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT Artificial life enhances the reality and vitality of computer animation.To control the process of ani- mation and instruct the action of characters in animation,artificial intelligence is introduced in computer animation. Cognitive models based on self-reproduction are presented and built to improve the cognition of artificial fish,and high-level motion controls based on animal logic are implemented.Deterministic behavior models on copulation, spawning and environmental selection of artificial fish are built.It is shown by experiments that a high-level motion controller makes artificial fish adapt the virtual environment of sea and complete the process of life such as copula- tion,spawning,etc. KEY WORDS artificial life;artificial fish;self-reproduction;cognitive model;deterministic behavior;high-level motion control 架架架架架架架架架解架架架架架程解架醉架架架架架黎架邵架架能架解架架黎架架架程代架 (上接第547页) Compensating Tactics of Flatness Control for Hot Strip Mills SUN Kewen",HE Anrui",YANG Quan",ZHANG Oingdong,ZHAO Lin,GUO Xiaobo 1)National Engineering Research Center for Advanced Rolling,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China 3)Anshang Iron and Steel Group Co.,Anshang 114021,China ABSTRACT In the flatness control system of hot strip,measured flatness signals usually contains additional sig- nals caused by temperature difference along the lateral direction of the hot strip after rolling.The lateral temperature of the hot strip was measured by a kind of thermovision in ASP1700 hot strip mill in AnSteel,China.By analyzing the influence of the temperature differece on the flatness control system of hot strip,the lateral temperature field dis- tributing law was obtained based on the least square method and a temperature compensating model for the control target of strip flatness was set up at the same time. KEY WORDS hot strip mill;temperature field;flatness;least square method