一种镀锌生产线镀层厚度前馈优化控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业过程优化控制技术领域，尤其设及冷社连续锻锋过程气刀距离及 气刀压力的前馈优化自动控制技术。
【背景技术】
[0002] 锻锋:运里指热锻锋，也叫热浸锋和热浸锻锋，是一种有效的金属防腐方式，主要 用于各行业的金属结构设施上。热锻锋是将除诱并经退火工艺后的钢件浸入融化的锋液 中，使钢构件表面附着锋层，从而起到防腐的目的。
[0003] "小气刀、小气压"原则：热浸锻锋生产过程中，气刀距离过大，容易造成气刀喷出 的气体严重散射，从而影响锻层表面横向上的均匀性，而气刀距离不变时，气刀压力越大， 散射程度也相应加剧，相反，当气刀距离和气刀压力的值都较小时，喷射气体散射程度小， 对锻层表面横向均匀性的影响也小，运就是控制锻层表面横向均匀性的"小气刀、小气压" 原则。
[0004] 锻锋产品因其良好的耐腐蚀性能被广泛应用于建筑、家电、汽车等行业，衡量锻锋 产品质量的重要技术指标包括锻层厚度和锻层均匀性，即锻锋产品的锻层厚度不但要满足 技术规格要求，且要保证锻层表面平整。锻锋过程主要的工艺参数包括带钢速度、气刀高 度、气刀距离和气刀压力，其中气刀高度由带钢速度决定，通常情况下，带钢表面所锻锋为 液态，气刀高度不会对锋厚产生影响，对刀高的调整是为了防止带速过高、刀压过大的情况 下锋液飞瓣导致喷嘴堵塞。影响锻层厚度与表面均匀性的主要因素是带钢速度、气刀距离 和气刀压力。带钢速度受退火炉生产能力、带钢厚度及加热制度的影响，无法独立调节，作 为可测而不可控的变量。因此，通常生产中采用对锻层厚度及均匀度影响最为直接的气刀 距离和气刀压力对生产过程进行控制。
[000引锻锋是一个典型的时变大滞后、非线性、强扰动的生产过程。由于缺乏有效克服上 述难点的控制技术手段，锻层变规格或带钢速度发生较大变化时，锻层厚度和锻层均匀性 控制一直是困扰锻锋生产产品品质提高的难题，目前国内大部分钢铁企业主要依赖于操作 工的经验采用人工手动操作结合底层回路PID的方式进行控制，其控制精度低、产品规格变 化过渡时间长、锋耗量大，质量波动大，甚至不能保证锻层厚度和锻层表面均匀性的满足产 品质量指标要求，时常会出现等外品。
【发明内容】
[0006] 本发明提出了一种锻锋生产线锻层前馈优化控制方法，能够快速应对锻层厚度切 换或带钢速度变化时，迅速做出气刀高度、气刀距离、气刀压力等控制变量的调整，实现锻 层厚度切换或速度大跳变的快速跟踪，提高锻层厚度的控制精度，提高锻层表面质量的均 匀性，降低锻锋产品的质量波动，减少不合格产品的产生。
[0007] 为了实现上述发明目的，本发明提供一种锻锋生产线锻层前馈优化控制方法，在 其每个控制周期内，系统运行步骤包括：
[0008] SlOl.根据标志位的值判断上一个控制周期系统是否处于前馈控制状态，如果标 志位为false,则上一个控制周期为反馈控制状态，进入S102;否则上一个控制周期为前馈 控制状态，进入S113;
[0009] S102.查询二级机，检测下一卷钢卷厚度信息，判断当前钢卷与下一卷钢卷锻层厚 度信息是否一致，如果一致，则进入S103，否则进入S109;
[0010] S103.从一级机读取当前钢卷的速度S(t)，若速度出现大跳变，则进入S104;否则 结束本控制周期前馈控制计算；
[0011] S104.从一级机读取当前钢卷锻层厚度设定值Rcw(t)，结合当前钢卷的速度S(t)， 采用锻层厚度神经网络预测模型和多目标寻优算法计算得到气刀距离前馈控制量化fc(t)， 气刀压力前馈控制量Pff。(t);得到最优的刀距前馈控制量和最优的气刀压力前馈控制量， 然后进入S105;
[001引S105.将标志位置为true，t时刻前馈控制作用点经过气刀后的距离计算值L_calc 置零，进入S107;
[0013] S106.W带钢速度S(t)为检索项，从气刀高度前馈设定表查询气刀高度前馈设定 值曲fc(t)，进入S107;
[0014] S107.根据气刀距离分配算法，计算前后气刀距离设定值Dffc_back(t)和Dffc_ front(t)；
[0015] S108.下达气刀高度前馈控制量出fc(t)，气刀距离前馈控制量化fc(t)，气刀压力前 馈控制量PffEW?PLC控制系统，本次控制周期计算结束；
[0016] S109.从一级机读取下一卷钢卷锻层厚度设定值Rcw_next，结合当前钢卷的速度S (t)，采用多目标寻优算法计算得到气刀距离前馈控制量Dffe(t)，气刀压力前馈控制量Pffc (t)，然后进入S110;
[0017] S110.从一级机读取当前卷钢的速度，从二级机读取下卷钢的锻层厚度设定值，若 锻层厚度控制目标增加，则进入S111;若锻层厚度目标减少，则进入S112;
[0018] S111.从一级机实时读取焊缝与气刀位置的距离信息L(t)，计算AP = Pffe(t)-P (t)，根据ΔΡ的值查表确定锻层设定值预设定的距离裕量1^_36*，若满足L(t)<L_set，则进 入S105，否则，结束本次控制周期前馈控制计算；
[0019] S112.从一级机实时读取焊缝与气刀位置的距离信息L(t)，当L(t) = 0时，进入 S105，否则，结束本次控制周期前馈控制计算；
[0020] S113.根据带钢速度及气刀、测厚仪的距离L及采用周期T，判断前馈作用点是否已 经达到测厚仪，若到达测厚仪，则进入S114;若没有到达测厚仪，则进入S115;
[0021 ] S114.将标志位标志位置为化Ise，进入反馈控制计算；
[0022] S115.若速度有大跳变，则进入S116;否则，结束本控制周期前馈控制计算；
[0023] S116.从一级机读取当前钢卷锻层厚度设定值Rcw(t)，结合当前钢卷的速度S(t)， 采用多目标寻优算法计算得到气刀距离前馈控制量Dffe(t)，气刀压力前馈控制量Pffe(t)， 然后进入S106。
[0024] 进一步地，在步骤S104中，进行锻层厚度神经网络预测时，W带钢速度、气刀距离、 气刀压力为输入，锻层厚度为输出建立的神经网络预测模型，该模型基于锻锋过程的历史 数据进行学习，在线根据当前带钢速度、气刀距离、气刀压力的采样值对锻层厚度做出预 测。
[0025] 进一步地，在步骤S104中，进行多目标寻优算法时，W锻层厚度与设定值之间的偏 差为输入，气刀距离和气刀压力为输出，采用锻层厚度神经网络预测模块确保锻层厚度的 控制精度，同时根据"小刀距、小气压"原则确保锻层表面横向均匀性，不断迭代捜索当前带 钢速度下最优气刀距离和气刀压力设定。
[0026] 进一步地，在步骤S106中，所述气刀高度前馈设定表根据锋液不发生飞瓣及最小 化锋液空中散热时间的原则制定。
[0027] 进一步地，在步骤S107中，所述气刀距离分配算法根据气刀距离变化、带钢厚度变 化计算前后气刀距离，所述气刀距离分配模块只在换卷时才工作，首先需要实时检测焊缝 点信息，当气刀过焊缝点时，判断是否进行前后气刀距离分配:未换规格时，只需在现有气 刀距离基础上，平均分配气刀距离变化量;换规格时，首先考虑带钢厚度变化补偿，带钢厚 度发生变化时，后气刀相应补偿厚度变化，然后，总的气刀距离变化量减去补偿量之后，平 均分配气刀距离变化量。
[0028] 进一步地，在步骤S110中，当锻层厚度从小变大，当焊缝点经过设定位置时，对气 刀高度、气刀距离、气刀压力需相应地做出调整，即开始提前将下一卷钢卷的锻层厚度设定 值作为当前卷尾的锻层厚度控制目标；当锻层厚度从大变小时，则过焊缝点再进行对气刀 高度、气刀距离和气刀压力作出相应调整。
[0029] 进一步地，在步骤S103中，若满足|S(t)-S(t-l) I >Se则进入S104;若不满足，则结 束本控制周期前馈控制计算；
[0030] 在步骤S115中，若满足|S(t)-S(t-l) I >Se则进入S116;若不满足，则结束本控制 周期前馈控制计算。
[0031 ]进一步地，在步骤S104中，所述多目标寻优算法的计算过程如下：
[0032] 目标函数:锻层重量神经网络预测值与t时刻前馈控制器的锻层厚度设定值的差 的绝对值minlCWp-Rcw(t) I，t时刻气刀压力前馈设定值的最小值min PffG(t)，t时刻气刀距 离前馈设定值的最小值min Dffc(t)
[0033] 决策变量：Pffc(t)，Dffc(t)
[0034] 约束条件：
[003引 Dffc(t) E [D min,D max] (2)
[0036] Pffc(t) E [P min'P max] (3)
[0037] NNp(Dffc(t),S(t),Pff