軋制過程數(shù)學(xué)模型與自動(dòng)化

1、軋制過程數(shù)學(xué)模型與自動(dòng)化主講：王慶娟教材與參考書n軋制過程數(shù)學(xué)模型軋制過程數(shù)學(xué)模型 任勇主編任勇主編 冶金冶金工業(yè)出版社工業(yè)出版社n軋制過程數(shù)學(xué)模型軋制過程數(shù)學(xué)模型 楊節(jié)主編楊節(jié)主編 冶金工冶金工業(yè)出版社業(yè)出版社n軋制過程自動(dòng)化軋制過程自動(dòng)化丁修堃主編丁修堃主編 冶金工冶金工業(yè)出版社業(yè)出版社 n軋制參數(shù)計(jì)算模型及其應(yīng)用軋制參數(shù)計(jì)算模型及其應(yīng)用劉相華劉相華主編主編 冶金工業(yè)出版社冶金工業(yè)出版社第一篇 軋制過程數(shù)學(xué)模型n軋制過程數(shù)學(xué)模型概述n軋制過程基本數(shù)學(xué)模型n模型識(shí)別和參數(shù)估計(jì)的數(shù)學(xué)方法 n數(shù)學(xué)模型的自適應(yīng)控制n 1.1 數(shù)學(xué)模型的概念 n1.2 模型在軋制過程控制中的作用n 1.2軋制過程計(jì)

2、算模型的特點(diǎn)n 1.3 計(jì)算模型的建模方法n 1.4 發(fā)展趨勢(shì)與展望第1章 軋制過程數(shù)學(xué)模型概述1.1數(shù)學(xué)模型的概念21.2模型在軋制過程控制中的作用現(xiàn)代軋制特點(diǎn)：軋制速度快、精度要求高、連續(xù)化生產(chǎn)計(jì)算機(jī)控制硬件以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為核心、軟件以數(shù)學(xué)模型為核心的自動(dòng)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)是現(xiàn)代軋機(jī)的中樞神經(jīng)，數(shù)學(xué)模型是軋機(jī)控制的靈魂1）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)將計(jì)算機(jī)應(yīng)用于軋制過程，由它按預(yù)先制定的程序來處理和加工與過程相關(guān)的信息，對(duì)過程進(jìn)行有效的監(jiān)督、控制和管理，所有這些就叫做軋制過程的計(jì)算機(jī)控制。2）軋制自動(dòng)化的三大要素n控制用的工藝數(shù)學(xué)模型與控制數(shù)學(xué)模型、與此相適應(yīng)的控制系統(tǒng)以及可靠性高的檢測(cè)器

3、和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是構(gòu)成自動(dòng)化的三大基本要素，也就是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的基礎(chǔ)。n軟件系統(tǒng)（主要指數(shù)學(xué)模型）是影響計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。n工藝類數(shù)學(xué)模型，需要運(yùn)用工藝?yán)碚撝R(shí)：如軋制原理、軋鋼工藝學(xué)，這類模型一般用于過程控制級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行最優(yōu)設(shè)定值計(jì)算，控制類數(shù)學(xué)模型一般用于基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)最優(yōu)控制計(jì)算3）模型在軋制過程控制中的作用n軋制過程基本參數(shù)的計(jì)算。如軋制溫度、力能參數(shù)、軋件、軋輥和機(jī)架變形的計(jì)算等n執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作參數(shù)的設(shè)定計(jì)算。如輥縫、軋制速度、液壓缸的位置的設(shè)定等n 動(dòng)態(tài)調(diào)整量的給定。如agc系統(tǒng)的輥縫調(diào)節(jié)量板形控制系統(tǒng)的彎輥力調(diào)節(jié)量等n根據(jù)反映軋制過程效果的在線數(shù)據(jù)，對(duì)模型系數(shù)進(jìn)

4、行自學(xué)習(xí)使模型能夠工作在最佳狀態(tài)。4）數(shù)學(xué)模型的維護(hù)數(shù)學(xué)模型需要不斷維護(hù)、整定和優(yōu)化適應(yīng)軋制產(chǎn)品、設(shè)備狀態(tài)和外部條件的變化從而長(zhǎng)期工作在最佳狀態(tài)。分析模型、掌握模型、調(diào)教模型、優(yōu)化模型現(xiàn)代軋鋼工作者的首要任務(wù)認(rèn)真學(xué)習(xí)、潛心研究、著力開發(fā)1.3 軋制過程計(jì)算模型的特點(diǎn)n軋制模型的系統(tǒng)性與相關(guān)性 軋制過程的影響因素眾多，不是三個(gè)五個(gè)單體模型能控制的，需要有成套的模型，模型庫。模型之間有著密切的依存關(guān)系，一發(fā)動(dòng)全身的復(fù)雜系統(tǒng)。模型的整體效果體現(xiàn)控制水平。n模型的快速性和簡(jiǎn)便性 軋制過程是典型的工業(yè)快過程，要求控制模型的形式簡(jiǎn)單，計(jì)算速度快，完成一次計(jì)算時(shí)間短。因此把一個(gè)復(fù)雜的問題簡(jiǎn)化為多個(gè)簡(jiǎn)單問題。

5、提出“層別”概念和做法。n 軋制模型的精確性 采用正確的理論建立合理的模型結(jié)構(gòu)，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來校正和修改模型系數(shù)，利用人工智能法從海量數(shù)據(jù)中提取出規(guī)律對(duì)數(shù)學(xué)模型加以修正，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分析誤差來源，減小誤差途徑，通過自學(xué)習(xí)來提高精度1.4 軋制過程計(jì)算模型的建模方法n基于理論分析的建模方法 通過對(duì)軋制過程物理、力學(xué)現(xiàn)象的分析找出主要影響因素和一般性規(guī)律，得到軋制過程關(guān)鍵參數(shù)的計(jì)算結(jié)果。n基于數(shù)據(jù)回歸的建模方法 以生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，依照數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行回歸分析，對(duì)模型的精確度、相關(guān)性做出評(píng)價(jià)，最后得到能夠在線應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型。n基于人工智能的建模方法 利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ann）預(yù)報(bào)軋制力、

6、卷曲溫度、軋件力學(xué)性能n數(shù)學(xué)模型和人工智能結(jié)合的建模方法 利用數(shù)學(xué)模型與人工智能結(jié)合的方法，可以發(fā)揮二者各自的優(yōu)點(diǎn)。 1.4 軋制技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與展望n軋制組織性能演變的模擬、預(yù)測(cè)及在線優(yōu)化控制 組織性能預(yù)報(bào) 組織性能在線優(yōu)化控制n 新一代控制冷卻技術(shù) 超快速冷卻技術(shù) 冷卻路徑控制技術(shù)n 柔性軋制技術(shù)n 減量化產(chǎn)品技術(shù) 縱向變斷面鋼板生產(chǎn)技術(shù) 激光拼焊鋼板生產(chǎn)技術(shù)第2章 軋制過程基本數(shù)學(xué)模型n2.1 能耗模型n2.2 軋制力模型n2.3 前滑模型n2.4 寬展模型n2.5 溫降模型2.1 能耗模型在軋制過程中，單位重量（或體積）的軋件產(chǎn)生一定變形所消在軋制過程中，單位重量（或體積）的軋件產(chǎn)生一定

7、變形所消耗的的功稱作能耗耗的的功稱作能耗e作用：作用：1）它是各類軋機(jī)最重要的工藝參數(shù)之一，被廣泛用來選?。┧歉黝愜垯C(jī)最重要的工藝參數(shù)之一，被廣泛用來選取電機(jī)容量、制定并分析、改進(jìn)工藝制度，以進(jìn)一步合理的擴(kuò)電機(jī)容量、制定并分析、改進(jìn)工藝制度，以進(jìn)一步合理的擴(kuò)大產(chǎn)品范圍和發(fā)揮設(shè)備潛力。大產(chǎn)品范圍和發(fā)揮設(shè)備潛力。2）在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中，能耗模型的主要作用是進(jìn)行負(fù)荷）在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)中，能耗模型的主要作用是進(jìn)行負(fù)荷分配。分配。3）在設(shè)定計(jì)算中，通過能耗計(jì)算軋制功率和軋制力矩，進(jìn)）在設(shè)定計(jì)算中，通過能耗計(jì)算軋制功率和軋制力矩，進(jìn)行電機(jī)容量和機(jī)械設(shè)備強(qiáng)度校核。行電機(jī)容量和機(jī)械設(shè)備強(qiáng)度校核。4）將能耗）

8、將能耗e作為狀態(tài)參量建立其他模型自變量引入作為狀態(tài)參量建立其他模型自變量引入定義：定義：2.1.1 能耗模型的理論基礎(chǔ)能耗模型的理論基礎(chǔ)圓柱體塑壓模型根據(jù)體積不變定理根據(jù)體積不變定理2.1.1 能耗模型的理論基礎(chǔ)能耗模型的理論基礎(chǔ)2.1.2 能耗模型的基本形式能耗模型的基本形式以延伸率作為自變量以延伸率作為自變量以軋件出口厚度以軋件出口厚度h作為自變量作為自變量2.2 軋制力模型2.2.1 軋制力模型的在計(jì)算機(jī)控制中的作用軋制力模型的在計(jì)算機(jī)控制中的作用2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論作用在軋件上的單位壓力 卡爾曼理論卡爾曼理論 2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位

9、壓力理論0coscossincos2)(dxdxphdhhdxxxxxxxx02xxxxhtdxdyhkdx)kp(d平衡方程式 k.s15131塑性方程式 單位壓力的基本微分方程式 2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論采利柯夫單位壓力公式采利柯夫單位壓力公式xxxxhdhkpdpchlnk)p(lnxx110011hlnk)k(lnc11h1lnln1c)kk(2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論1)1(00 xxhhkp1)1(11hhkpxx1)1(0 xxhhkp1)1(1hhkpxx采利柯夫單位壓力公式采利柯夫單位壓力公式2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理

10、論計(jì)算軋制單位壓力理論接觸弧上單位壓力的分布2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論 影響單位壓力的各種因素 2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論 影響單位壓力的各種因素 2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論 影響單位壓力的各種因素 2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論按奧羅萬理論作用在微元體上的力 奧羅萬理論奧羅萬理論 2.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論奧羅萬單位壓力微分方程式 0cos2sin2)(rdrdpqdqqxdprdqx)cossin(22.2.2 計(jì)算軋制單位壓力理論計(jì)算軋制單位壓力理論西姆斯單位壓力公式 2121)(24rhrrhrkpddxkphqxx42/k21rhhx111111044hrtanhrhrtanhrhhlnkpxx111144hrtanhrhhl