一种精轧带钢负荷分配设定方法与流程

本发明涉及热连轧板带钢生产控制领域，具体而言，涉及精轧带钢生产控制领域，特别涉及一种精轧带钢负荷分配设定方法。
背景技术：
：带钢热连轧机组中，轧制规程的制定对于提高产品质量起着重要的作用，其合理与否，对产品质量的高低、轧制设备调整的难易、机组运转的可靠性和生产过程的稳定性均有直接影响。负荷分配是轧制规程的核心，它直接影响到板形、板厚精度等产品质量，负荷分配还对轧制能耗、辊耗、生产过程的稳定性和作业率等项指标有重要影响。从20世纪60年代以前的经验表格法开始，带钢热连轧机组的负荷分配方法主要经历了能耗法、动态负荷分配法、负荷分配系数法、人工智能方法等几个阶段。负荷分配系数法是现代化热连轧机组负荷分配普遍采用的方法，它按一定的负荷分配系数给定各机架的压下量和轧件厚度。负荷分配系数可以参照品种和规格类似的其它热轧厂来确定，也可以采用离线优化的方法来确定。负荷分配系数法主要压下分配模式与轧制力分配模式两种类型，两者各自的优缺点如下：压下分配模式的优点在于各机架厚度分配波动小，计算过程简单；缺点在于轧制状况改变(如换辊)时各机架轧制力比例波动大，不能消除轧制力倒挂，不能保证产品板形；轧制力分配的优点在于能保持各机架轧制力的下降比例基本恒定，有利于产品板形和轧制稳定性；缺点在于当轧制力模型偏差大或工艺条件变化大时各机架厚度分配波动大，计算过程复杂。中国专利cn102728624a，一种精轧带钢负荷分配设定方法，公开的技术方案为将压下分配及轧制力分配模式结合，用压下分配确定的分布范围来约束轧制力分配结果，相比原来的精轧负荷分配方法有很多的改进，但还存在局限：在计算步骤上设置了一个压下率分配系数学习环节，在实际生产中容易导致压下分配系数表格数据的波动，引起轧机操作人员对负荷分配数据发生误判；限幅环节对所有机架均采用同一个百分比例的乘法模式，一是没有体现前部机架与后部机架的区别(前部机架压下率允许波动的范围大，而后部机架压下率允许波动的范围小)，二是乘法模式也不直观，不能直接判断每个机架压下率变化的具体范围。技术实现要素：本发明的目的是提供一种精轧带钢负荷分配设定方法，主要解决现有压下分配模式中轧制状况改变时各机架轧制力比例波动大，轧制力分配模式中轧制力模型偏差大时各机架厚度分配波动大的技术问题，从而提高精轧带钢轧制规程设定精度和轧制稳定性。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种精轧带钢负荷分配设定方法，包括以下步骤：s1、按压下分配模式计算精轧各机架的厚度分配，从压下分配系数表取出各机架的压下率分配系数，根据各机架的压下率分配系数得到压下分配的压下率和出口厚度；s2、以压下分配结果为初始值，按轧制力分配模式迭代计算各机架的压下量，直到轧制力比例满足目标要求，首先，从热轧过程控制计算机工艺规程表中取出相应层别的精轧各机架的轧制力分配系数，并读取操作工干预值；接着，迭代计算精轧各机架的绝对压下量，直到达到目标轧制力比例的要求；最后，判断轧制力和绝对压下量是否超限，超限则修改分配系数重新迭代计算；s3、对轧制力模式分配结果进行限幅处理，并进行相对化计算，以压下模式分配获得的压下率为比较基准，如果轧制力模式分配得到的压下率超出其一定范围，则将其限制在边界处；如果没有超出范围，则取轧制力模式分配结果。所述步骤s1包括以下步骤：s11，取表，根据当前轧制带钢的钢种大类、厚度等级和宽度等级信息，从热轧过程控制计算机工艺规程表中取出相应层别的精轧f1—f7机架的压下率分配系数i为机架号；s12，进行相对化计算，根据精轧各机架的压下量之和必须等于精轧的总压下量，得到压下率的比例因子rk为：其中，hn为终轧厚度，h0为中间坯厚度；n为精轧道次数；b＝0.906501，a＝0.959597；相对化后的压下率为：根据相对化后的压下率，可得到前面n-1个机架的出口厚度：i＝1,2,…,n-1，公式3其中hi为第i机架的出口厚度。所述步骤s2包括以下步骤：s21，获取到轧制力分配系数，根据当前带钢的钢种大类和厚度等级信息，从热轧过程机工艺规程表中取出相应层别的精轧各机架的轧制力分配系数；s22，进行操作修正处理，获得各机架的轧制力修正后的轧制力分配系数，从设备操作控制画面hmi收集到各机架的修正因子，修正后的轧制力分配系数为：其中，为修正前的轧制力分配系数，为修正后的轧制力分配系数，ζi为修正因子，取值范围为-20％～20％，重新归一化数据，即αi为归一化后的轧制力分配系数；s23，计算在当前厚度分配下精轧各机架的轧制力和轧制力对绝对压下量的导数，计算轧制力：假设为第i机架第j次迭代的轧制力，在其它工艺参数固定的情况下，轧制力是入口厚度和出口厚度的函数，即存在：计算轧制力对绝对压下量的导数计算公式：其中，其中dt为很小的扰动，可取1％；为第i机架第j+1次迭代的绝对压下量，s24，根据上述各机架的轧制力和轧制力对绝对压下量导数的计算结果，计算各机架绝对压下量的修正值，其中，为第i机架第j+1次迭代的绝对压下量的修正值；s25，各机架绝对压下量的修正值得到后，计算各机架绝对压下量的更新值，其中dampj为阻尼系数，dampj＝damp_mpy·β+(1-β)·(1-e-j)，damp_mpy取1.0，β取0.6；s26，各机架绝对压下量的更新值得到后，计算各机架的出口厚度，即计算第j+1次迭代的出口厚度以及(中间坯厚度)为已知量，根据从f1机架计算到f7机架，可计算各机架出口厚度的更新值，这个值将用于下一次迭代计算轧制力用，其中指第i-1机架第j+1次迭代的出口厚度；s27，判断轧制力比例是否满足收敛条件，轧制力分配迭代计算的收敛条件为：其中，τ为很小的正数，可取0.01；公式7成立，或者迭代次数j超过设定次数时结束迭代计算，否则继续执行s23，同时迭代次数j累加1；迭代计算结束后，可得到各机架的绝对压下量和出口厚度s28，上述步骤s27中如果轧制力比例满足收敛条件，则判断精轧各机架轧制力是否超过设备允许的最大轧制力，如果存在轧制力超限，当第i机架的轧制力超过设备允许的最大轧制力时，则调整(减小)机架的轧制力分配系数，其余机架的分配系数不做调整，存在则执行其中，αi为所述归一化后的轧制力分配系数，α′i为超限调整后的轧制力分配系数；α′i得到后回到步骤s23，用调整后的的轧制力分配系数α′i重新进行绝对压下量迭代计算，同时迭代次数j赋值0，取步骤s27最后一次迭代的绝对压下量和出口厚度作为绝对压下量和出口厚度的初始值；如果轧制力没有超限，则直接执行下一步骤；s29，绝对压下量迭代计算和超限检查结束，得到轧制力分配结果，取步骤s27各机架最后一次迭代的出口厚度为各机架轧制力分配的出口厚度，据此计算得到各机架轧制力分配的压下率式中，指第i-1机架第j+1次迭代的出口厚度；所述步骤s3包括以下步骤：s31，对轧制力分配结果做限幅处理，限幅处理按下式进行，其中为压下模式分配的第i机架压下率，为轧制力模式分配的第i机架压下率，为限幅处理后的第i机架压下率，为第i机架的限幅控制参数，一般取1％～10％；当各机架均取0时，即为完全的压下模式分配结果；s32，对限幅处理后的压下率进行相对化计算，上述步骤s31中压下率如果被修改，则计算得到的终轧厚度与目标终轧厚度间会存在一定偏差，还要进行一轮相对化计算；相对化计算过程与步骤s12中压下模式的相对化过程相同，只需要将代替公式1中的即可得到步骤s32的相对化因子r′k，最终分配的各机架压下率为：其中为最终分配的第i机架压下率，取作为最终分配的各机架压下率，据此可计算中间各机架的出口厚度：i＝1,2,…,n-1公式11根据最终分配的各机架压下率和中间各机架的出口厚度进行精轧带钢的轧制负荷分配设定计算。本发明步骤s24中的公式5是根据一种改进newton法导出的结果，选用各道次的压下量作为变量，将n维的非线性方程变为一维的n个非线性方程，并对每个非线性方程用newton迭代法进行求解。它借鉴了newton-raphson法有良好收敛性的特点，同时又可以避免求jacobian矩阵及其逆矩阵，使算法得到有效简化，计算速度较快，精度较高。本发明步骤s26中，对f1机架，i＝1，无论哪次迭代，都有不变；对f2机架，i＝2，f1输出作为f2输入；对f3机架，i＝3，依次递推.；即仅当f1时，其余都是下一个机架的输出为再下一个机架的输入。本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法综合压下分配模式与轧制力分配模式两者的优点，同时克服其各自的缺点，用压下模式分配确定的分布范围来约束轧制力分配结果。2、本发明方法通过改进限幅计算方式，采用对每个精轧机架分别进行限幅，并采用加法模式进行，在减小热连轧机精轧各机架厚度分配波动的同时尽量满足各机架轧制力按比例下降的要求，在轧制力模型偏差较大或工艺条件变化较大时，提高了带钢轧制负荷分配设定设定精度和轧制稳定性。具体实施方式一种精轧带钢负荷分配设定方法，包括以下步骤：s1、按压下分配模式计算精轧各机架的厚度分配，从压下分配系数表取出各机架的压下率分配系数，根据各机架的压下率分配系数得到压下分配的压下率和出口厚度；s2、以压下分配结果为初始值，按轧制力分配模式迭代计算各机架的压下量，直到轧制力比例满足目标要求，首先，从热轧过程控制计算机工艺规程表中取出相应层别的精轧各机架的轧制力分配系数，并读取操作工干预值；接着，迭代计算精轧各机架的绝对压下量，直到达到目标轧制力比例的要求；最后，判断轧制力和绝对压下量是否超限，超限则修改分配系数重新迭代计算；s3、对轧制力模式分配结果进行限幅处理，并进行相对化计算，以压下模式分配获得的压下率为比较基准，如果轧制力模式分配得到的压下率超出其一定范围，则将其限制在边界处；如果没有超出范围，则取轧制力模式分配结果。所述步骤s1包括以下步骤：s11，取表，根据当前轧制带钢的钢种大类、厚度等级和宽度等级信息，从热轧过程控制计算机工艺规程表中取出相应层别的精轧f1—f7机架的压下率分配系数i为机架号；s12，进行相对化计算，为了得到同一层别下各种中间坯厚度和终轧厚度下的具体的压下率数据，需要对进行相对化计算，根据精轧各机架的压下量之和必须等于精轧的总压下量，得到压下率的比例因子rk为：其中，hn为终轧厚度，h0为中间坯厚度；n为精轧道次数；b＝0.906501，a＝0.959597；相对化后的压下率为：根据相对化后的压下率，可得到前面n-1个机架的出口厚度：i＝1,2,…,n-1，公式3其中hi为第i机架的出口厚度；所述步骤s2包括以下步骤：s21，获取到轧制力分配系数，根据当前带钢的钢种大类和厚度等级信息，从热轧过程机工艺规程表中取出相应层别的精轧各机架的轧制力分配系数；热轧过程机工艺规程表中数据在生产前确定，主要考虑带钢轧制稳定性和板形指标等因素，可以在经验数据基础上不断收集优秀轧制案例进行优化；s22，进行操作修正处理，获得各机架的轧制力修正后的轧制力分配系数，考虑到生产中操作工要对负荷分配进干预，从操作画面hmi收集到各机架的修正因子，修正后的轧制力分配系数为：其中，为修正前的轧制力分配系数，为修正后的轧制力分配系数，ζi为修正因子，取值范围为-20％～20％，重新归一化数据，即αi为归一化后的轧制力分配系数；s23，计算在当前厚度分配下精轧各机架的轧制力和轧制力对绝对压下量的导数，计算轧制力：假设为第i机架第j次迭代的轧制力，在其它工艺参数固定的情况下，轧制力是入口厚度和出口厚度的函数，即存在：其大小受到轧制力模型精度的影响；要注意的是，各机架厚度分配的变化会导致各机架温度的变化，在计算各机架轧制力前，应重新计算一次各机架的温度；计算轧制力对绝对压下量的导数计算公式：其中，其中dt为很小的扰动，可取1％；为第i机架第j+1次迭代的绝对压下量，s24，根据上述各机架的轧制力和轧制力对绝对压下量导数的计算结果，计算各机架绝对压下量的修正值，其中，为第i机架第j+1次迭代的绝对压下量的修正值；公式5是根据一种改进newton法导出的结果，选用各道次的压下量作为变量，将n维的非线性方程变为一维的n个非线性方程，并对每个非线性方程用newton迭代法进行求解。它借鉴了newton-raphson法有良好收敛性的特点，同时又可以避免求jacobian矩阵及其逆矩阵，使算法得到有效简化，计算速度较快，精度较高；s25，各机架绝对压下量的修正值得到后，计算各机架绝对压下量的更新值，其中dampj为阻尼系数，dampj＝damp_mpy·β+(1-β)·(1-e-j)，damp_mpy取1.0，β取0.6；每次迭代时仅吸收绝对压下量修正值的一定百分比，随着迭代次数增加，吸收百分比也增加；s26，各机架绝对压下量的更新值得到后，计算各机架的出口厚度，即计算第j+1次迭代的出口厚度以及(中间坯厚度)为已知量，根据从f1机架计算到f7机架，可计算各机架出口厚度的更新值，这个值将用于下一次迭代计算轧制力用，其中指第i-1机架第j+1次迭代的出口厚度；例对f1机架，i＝1，无论哪次迭代，都有不变；对f2机架，i＝2，f1输出作为f2输入；对f3机架，i＝3，依次递推.......。所以归纳为仅当f1时，其余都是下一个机架的输出为再下一个机架的输入；s27，判断轧制力比例是否满足收敛条件，轧制力分配迭代计算的收敛条件为：其中，τ为很小的正数，可取0.01；公式7成立，或者迭代次数j超过设定次数时结束迭代计算，否则继续执行s23，同时迭代次数j累加1；举例，迭代次数j的设定次数为6次，即j的取值范围为0≤j≤5，第1次迭代计算j取0，当公式6成立或者迭代次数j超过6次时迭代计算结束；如果第一次迭代计算还没达到收敛条件，继续执行s23，同时迭代次数j累加1，即进行第一次迭代计算；迭代计算结束后，可得到各机架的绝对压下量和出口厚度s28，上述步骤s27中如果轧制力比例满足收敛条件，则判断精轧各机架轧制力是否超过设备允许的最大轧制力，如果存在轧制力超限，当第i机架的轧制力超过设备允许的最大轧制力时，则调整(减小)机架的轧制力分配系数，其余机架的分配系数不做调整，存在则执行公式8其中，αi为所述归一化后的轧制力分配系数，α′i为超限调整后的轧制力分配系数；α′i得到后回到步骤s23，用调整后的的轧制力分配系数α′i重新进行绝对压下量迭代计算，同时迭代次数j赋值0，取步骤s27最后一次迭代的绝对压下量和出口厚度作为绝对压下量和出口厚度的初始值；如果轧制力没有超限，则直接执行下一步骤；s29，绝对压下量迭代计算和超限检查结束，得到轧制力分配结果，取步骤s27各机架最后一次迭代的出口厚度为各机架轧制力分配的出口厚度，据此计算得到各机架轧制力分配的压下率式中，指第i-1机架第j+1次迭代的出口厚度；所述步骤s3包括以下步骤：s31，对轧制力分配结果做限幅处理，限幅处理按下式进行，其中为压下模式分配的第i机架压下率，为轧制力模式分配的第i机架压下率，为限幅处理后的第i机架压下率，为第i机架的限幅控制参数，一般取1％～10％；当各机架均取0时，即为完全的压下模式分配结果；s32，对限幅处理后的压下率进行相对化计算，上述步骤s31中压下率如果被修改，则计算得到的终轧厚度与目标终轧厚度间会存在一定偏差，还要进行一轮相对化计算；相对化计算过程与步骤s12中压下模式的相对化过程相同，只需要将代替公式1中的即可得到步骤s32的相对化因子r′k，最终分配的各机架压下率为：其中为最终分配的第i机架压下率，取作为最终分配的各机架压下率，据此可计算中间各机架的出口厚度：i＝1,2,…,n-1公式11根据最终分配的各机架压下率和中间各机架的出口厚度进行精轧带钢的轧制负荷分配设定计算。实施例1，某带钢信息如下：中间坯厚度40.377mm，终轧厚度1.8mm，带钢宽度1229.1mm，精轧轧制道次数n＝7。钢种层别信息：钢种大类为11002，厚度等级为5，宽度等级为3，取到相应层别的数据如下：表1压下率分配系数表2轧制力分配系数钢种大类厚度等级α1α2α3α4α5α6α711002510.950.880.780.550.450.36上述步骤s1，根据压下分配系数表，按压下分配模式计算精轧各机架的厚度分配，为了得到在中间坯厚度为40.377mm和终轧厚度为1.8mm下的具体的压下率数据，需要对进行相对化计算；根据公式1，计算压下率的比例因子rk,各机架相对化后的压下率及出口厚度数据见表3，表3：压下分配模式得到压下率及出口厚度数据类别f1f2f3f4f5f6f7压下率53.89％51.89％44.91％32.93％27.94％17.96％8.98％出口厚度40.3818.628.964.933.312.381.96上述步骤s2，以压下分配结果为初始值，按轧制力分配模式迭代计算各机架的压下量，直到轧制力比例满足目标要求，操作工对轧制力分配系数没有干预，直接执行计算步骤s23-s27，迭代到第4次满足终止条件结束计算，轧制力模式迭代计算中各次的轧制力比例变化数据见表4，表4：轧制力模式迭代计算中各次的轧制力比例变化数据迭代次数f1f2f3f4f5f6f711.0000.9720.8110.7440.5830.5760.34621.0000.9580.8380.7740.5810.5150.35431.0000.9500.8650.7930.5710.4700.35941.0000.9500.8790.7940.5600.4550.361目标10.950.880.780.550.450.36再执行步骤s28，判断精轧各机架轧制力是否超过设备允许的最大轧制力，各机架轧制力都没有超出其允许的最大轧制力，故不需要重新回到s23；轧制力分配模式计算得到的压下率和出口厚度数据见表5，表5轧制力模式分配计算得到的压下率和出口厚度数据类别f1f2f3f4f5f6f7压下率53.86％50.80％48.20％34.83％26.57％13.32％8.60％出口厚度18.6289.1664.7483.0942.2721.9691.800上述步骤s3，对轧制力分配结果做限幅处理，使其偏离压下分配结果在一定范围内；首先，对轧制力分配结果做限幅处理，精轧各机架轧制力分配的限幅控制参数如表6所示：表6：精轧各机架轧制力分配的限幅控制参数和限幅处理后数据可见，由于f3机架轧制力分配计算获得的压下率偏离压下模式分配计算获得的压下率超过3％，因此被限制在47.91％(偏离44.91％为3％)；由于f6机架轧制力分配计算获得的压下率偏离压下模式分配计算获得的压下率超过2％，因此被限制在15.96％(偏离17.96％为2％)。接着，对限幅处理后的压下率进行相对化计算，此处的相对化过程与步骤s12中压下模式的相对化过程相同，只需要将代替公式1中的即可得到步骤s32的相对化因子，最终分配的压下率与出口厚度数据见表7。表7最终分配的压下率与出口厚度数据类别f1f2f3f4f5f6f7压下率53.68％50.62％47.75％34.71％26.48％15.91％8.57％出口厚度40.3818.709.234.833.152.321.95当前第1页12