一种酸洗冷连轧机组多目标速度优化方法

1.本发明涉及酸洗冷连轧速度控制技术领域，尤其是一种酸洗冷连轧机组多目标速度优化方法。


背景技术：

2.酸洗冷连轧机组设备多、跨度大、结构功能复杂，按照功能，整个区域可分为入口段、酸洗段、切边段和五机架冷连轧机段等区域，并在各个工艺段之间以增加活套的方式储备带钢量，从而保证酸洗段和五机架冷连轧机段在入口焊接、设备过焊缝或换辊时生产线可连续运行。由于四个工艺段均对速度有重要影响，速度控制过程非常复杂，这些工艺段中的任一区域都有可能成为速度控制的瓶颈，因此导致生产线速度控制难度大，同卷带钢质量控制存在较大的差异。当机组生产薄规格带材时，钢卷在轧机入口处的速度较小，五机架冷连轧段容易限制酸洗段的运行速度；相反地，在生产厚规格带材时，钢卷的长度较短，酸洗段又会影响五机架冷连轧机段发挥最高运行速度，因此将酸洗冷连轧机组做整体研究，优化机组的生产节奏，可大幅度提升生产线的整体产量。
3.专利cn103978045a提出一种酸洗冷轧联合机组入口活套充套速度控制方法，使整个充套过程趋于平稳，解决了薄规格带钢生产时带钢跑偏的问题，但是只考虑了酸洗入口区域，并未考虑酸洗段充套速度与轧机入口速度的协调；专利cn101029402a提供了一种可有效延长冷轧酸洗机组工艺段运行时间的自动调节冷轧酸洗机组工艺段运行速度的方法，考虑酸洗入口段和出口段运行状况和当前出入口活套的存储量，最大限度发挥活套的能力，该方法只针对生产效率的提高，未将活套均衡及速度均衡考虑在内。


技术实现要素：

4.本发明需要解决的技术问题是提供一种酸洗冷连轧机组多目标速度优化方法，克服了针对人工控制机组各区域速度较难达到最佳状态的问题，获得酸洗冷连轧机组最优速度，提高了机组运行效率。
5.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
6.一种酸洗冷连轧机组多目标速度优化方法，包括以下步骤：
7.s1、获取钢卷主数据，并根据工况选择各区域的速度初始值；
8.s2、根据钢卷主数据，更新各区域速度的上、下限和活套套量的设定值及上、下限；
9.s3、构建多目标速度优化函数；
10.s4、利用修正powell算法搜索多目标速度优化函数最小值下的速度优化变量，直至满足搜索终止条件，输出速度优化设定值；
11.s5、重新计算本优化周期钢卷主数据，并累加优化周期数；
12.s6、如果优化周期数n》nmax或入口段无钢卷，则将速度优化变量值作为速度优化结果，否则转到s2。
13.本发明技术方案的进一步改进在于：所述钢卷主数据包括优化的卷数、焊缝位置
和活套套量。
14.本发明技术方案的进一步改进在于：s3中，所述多目标速度优化函数综合考虑的目标项包括：酸洗段和轧机段运行速度的均衡性、产量的最大化和活套套量的适度性。
15.本发明技术方案的进一步改进在于：s3构建多目标速度优化函数，具体包括以下步骤：
16.s3-1构建速度优化变量；
17.优化变量设计为：
18.v＝(v1,v2,v3,v4)
t
19.其中，v1是入口段的速度，v2是酸洗段的速度，v3是圆盘剪切边段的速度，v4是冷连轧机入口的速度；
20.s3-2构建多目标速度优化函数；
21.s3-2-1建立速度均衡目标函数；
22.s3-2-2建立产量最大化目标函数；
23.s3-2-3活套套量适度目标函数；
24.s3-2-4整合单目标函数，构建多目标速度优化函数。
25.本发明技术方案的进一步改进在于：s3-2-1中，所述速度均衡目标函数为：
[0026][0027]
其中
[0028][0029][0030]
式中，n为速度分区数；i为分区号；ki为各速度分区的速度权重系数；n
v,i
为速度均衡目标函数的指数因子；p
v,i
为目标函数惩罚项的指数因子；v
min,i
、v
max,i
为各速度分区的速度允许的最小值和最大值，单位为m/min。
[0031]
本发明技术方案的进一步改进在于：s3-2-2中，所述产量最大化的目标函数为：
[0032][0033]
式中，n2为产量最大化目标函数的指数因子，p2为酸洗速度惩罚项的指数因子。
[0034]
本发明技术方案的进一步改进在于：s3-2-3中，所述活套套量适度目标函数为：
[0035][0036]
其中
[0037][0038][0039][0040][0041][0042]
式中，m为活套数量；ci为与各活套的套量权重系数；n
s,i
为套量稳定目标函数的指数因子；p
s,i
为套量稳定目标函数惩罚项的指数因子；η
min,i
、η
max,i
为各活套套量的最小值和最大值；δvi为前后相邻两个工艺段之间的速度差，单位为m/min；分别为各活套小车运行速度的最大值和最小值，单位为m/min。
[0043]
本发明技术方案的进一步改进在于：s3-2-4中，所述多目标速度优化函数为：
[0044][0045]
式中，μv、μ
out
、及μ
car
分别为速度均衡目标函数、产量最大化目标函数和活套套量适度目标函数在多目标速度优化函数中的加权系数。
[0046]
本发明技术方案的进一步改进在于：s4具体包括以下步骤：
[0047]
s4-1使用修正powell算法求出多目标速度优化函数数值；
[0048]
s4-2设定修正powell算法搜索终止条件，判断搜索是否终止，如果不满足修正powell算法搜索终止条件，回到s4-1做进一步迭代；
[0049]
搜索终止条件为：
[0050][0051]
式中，ε为搜索终止阈值。
[0052]
本发明技术方案的进一步改进在于：所述搜索终止阈值ε＜0.01。
[0053]
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
[0054]
1、本发明在综合考虑生产效率和活套能力的基础上，建立了速度均衡、产量最大化、活套套量适度的单目标函数，并以此建立了基于罚函数的综合多目标函数，开发了修正powell算法求解目标函数以获得最优解，即入口段的速度、酸洗段的速度、圆盘剪切边段的速度和冷连轧机入口的速度，克服了针对人工控制机组各区域速度较难达到最佳状态的问题。
[0055]
2、本发明的速度优化策略已应用于国内某冷轧薄板厂，速度优化后的酸洗速度明显高于人工设定的方式，有效提高了机组运行效率。
附图说明
[0056]
图1是本发明具中通过多目标优化制定的酸洗冷轧机组速度控制策略的方法流程
图；
[0057]
图2是本发明中的构建多目标速度优化函数方法流程图；
[0058]
图3是本发明中酸洗冷轧机组设备布置图；
[0059]
其中，1、焊机，2、破鳞拉矫机，3、酸洗槽，4、圆剪盘，5、6#张力辊。
具体实施方式
[0060]
下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明：
[0061]
如图1所示，一种酸洗冷连轧机组多目标速度优化方法，包括以下步骤：
[0062]
s1、获取钢卷主数据(primary data input，简称pdi)，包括优化的卷数、焊缝位置和活套套量，并根据工况选择各区域的速度初始值；
[0063]
s2、根据钢卷主数据，更新各区域速度的上、下限和活套套量的设定值及上、下限；
[0064]
s3、构建多目标速度优化函数；所述多目标速度优化函数综合考虑的目标项包括：酸洗段和轧机段运行速度的均衡性、产量的最大化和活套套量的适度性；
[0065]
如图2所示，构建多目标速度优化函数方法，具体包括以下步骤：
[0066]
s3-1构建速度优化变量；
[0067]
将酸洗冷连轧机组各工艺段分区，将分区速度选作优化变量，此时维数n＝4；优化变量设计为：
[0068]
v＝(v1,v2,v3,v4)
t
[0069]
其中，v1是入口段的速度，v2是酸洗段的速度，v3是圆盘剪切边段的速度，v4是冷连轧机入口的速度。
[0070]
s3-2构建多目标速度优化函数；
[0071]
s3-2-1建立速度均衡目标函数；
[0072]
速度均衡的目标函数是以酸洗段和轧机段保持恒定速度运行为目标，并且需满足各分区速度的上、下限，速度均衡目标函数为：
[0073][0074]
其中
[0075][0076][0077]
式中，n为速度分区数；i为分区号；ki为各速度分区的速度权重系数；n
v,i
为速度均衡目标函数的指数因子；p
v,i
为目标函数惩罚项的指数因子；v
min,i
、v
max,i
为各速度分区的速度允许的最小值和最大值，单位为m/min。
[0078]
为保证酸洗段和轧机段在接近恒定的速度下运行，其相应的加权系数较大。对于
各段速度的最小值，酸洗入口段和圆盘剪切边段一般为零，酸洗段和轧机段一般为正常工艺要求的最低速度，而各段速度的最大值是由工艺执行要求和焊缝位置决定。
[0079]
s3-2-2建立产量最大化目标函数；
[0080]
产量最大化的目标函数是在一定时间内通过机组的带钢长度最长为目标。为达到这一目标，将酸洗段的运行速度最大化，产量最大化目标函数为：
[0081][0082]
式中，n2为产量最大化目标函数的指数因子，p2为酸洗速度惩罚项的指数因子。
[0083]
s3-2-3活套套量适度目标函数；
[0084]
活套套量适度的目标函数是保证套量均匀周期性的变化以及换辊操作时满足机组运行要求为目标，并满足活套套量上、下限和相邻工艺段的速度差不能大于活套小车运行速度的上、下限，活套套量适度目标函数为：
[0085][0086]
其中
[0087][0088][0089]
δvi＝|v
i+1-vi|
[0090][0091][0092]
式中，m为活套数量；ci为与各活套的套量权重系数；n
s,i
为套量稳定目标函数的指数因子；p
s,i
为套量稳定目标函数惩罚项的指数因子；η
min,i
、η
max,i
为各活套套量的最小值和最大值；δvi为前后相邻两个工艺段之间的速度差，单位为m/min；分别为各活套小车运行速度的最大值和最小值，单位为m/min。
[0093]
s3-2-4整合单目标函数，构建多目标速度优化函数；
[0094]
在各单目标函数的基础上，采用线性加权法，针对整个控制系统建立了综合考虑速度均衡性、产量最大化和活套套量的适度性的多目标速度优化函数，结构为：
[0095][0096]
式中，μv、μ
out
、及μ
car
分别为速度均衡目标函数、产量最大化目标函数和活套套量适度目标函数在多目标速度优化函数中的加权系数。
[0097]
s4、利用修正powell算法搜索多目标速度优化函数最小值下的速度优化变量，直至满足搜索终止条件，输出速度优化设定值；
[0098]
s4-1使用修正powell算法求出多目标速度优化函数数值；
[0099]
确定速度优化变量的初始值后，使用修正powell算法确定线性无关的初始搜索方向向量，求解速度优化多目标函数值，通过寻优获得速度优化设定值。
[0100]
s4-2设定修正powell算法搜索终止条件，判断搜索是否终止，如果不满足修正powell算法搜索终止条件，回到s4-1做进一步迭代；
[0101]
搜索终止条件为：
[0102][0103]
式中，ε为搜索终止阈值；实际应用中，设定搜索终止阈值ε＜0.01。
[0104]
s5、重新计算本优化周期钢卷pdi，并累加优化周期数；
[0105]
优化周期指从获取钢卷pdi至输出速度优化设定值的过程周期。
[0106]
s6、如果优化周期数n》n
max
或入口段无钢卷，则将速度优化变量值作为速度优化结果，否则转到s2。
[0107]
实施例
[0108]
本实施例针对某1450mm酸洗-冷连轧机组进行全线的速度优化，优化机组的生产节奏，进而提高生产效率，该酸洗-冷连轧机组的设备布置如图3所示。在酸洗-冷连轧机组的速度优化功能执行过程中，只需要考虑从焊机1开始到6#张力辊结束之间的设备段，依据分区原则共分成4个区域。区域1从焊机到破鳞拉矫机2入口，区域2从破鳞拉矫机2入口到酸洗槽3入口，区域3从酸洗槽3入口到圆盘剪4，区域4从圆剪盘4剪到6#张力辊5。
[0109]
本实施例通过多目标速度优化制定酸洗-冷连轧机组速度，在根据工况条件确定了速度优化变量的初始值以及多目标速度优化函数中的各参数后，通过修正powell算法对建立的速度优化多目标函数进行求解，通过寻优获得速度优化变量值。
[0110]
一种酸洗冷连轧机组多目标速度优化方法，包括以下步骤：
[0111]
s1、获取钢卷pdi，包括优化卷数、焊缝位置和活套套量，如表1、表2所示：
[0112]
表1焊缝头部位置
[0113][0114]
表2活套套量
[0115]
活套号1#活套2#活套3#活套活套套量(％)55.311.270.6
[0116]
s2、根据钢卷主数据，更新各区域速度的上、下限和活套套量的设定值及上、下限，如表3、表4所示；
[0117]
表3活套套量的设定值及上、下限
[0118][0119]
表4各区域速度的上、下限
[0120][0121]
s3、构建多目标速度优化函数；
[0122]
s4、利用修正powell算法搜索多目标速度优化函数最小值下的速度优化变量，直至满足搜索终止条件，得到各个区域的优化速度设定值如表5所示；
[0123]
表5各个区域优化速度设定值
[0124][0125]
s5、重新计算本优化周期钢卷pdi，并累加优化周期数；
[0126]
s6、如果优化周期数n》nmax或入口段无钢卷，则将速度优化变量值作为速度优化结果，否则转到s2。
[0127]
综上所述，针对人工控制机组各区域速度较难达到最佳状态的问题，本发明提供了通过多目标优化制定速度控制策略的方法。在综合考虑生产效率和活套能力的基础上，建立了速度均衡、产量最大化、活套套量适度的单目标函数，由此建立了基于罚函数的综合多目标函数，并开发了修正powell算法求解目标函数以获得最优解，即入口段的速度、酸洗段的速度、圆盘剪切边段的速度和冷连轧机入口的速度；本发明已应用于国内某冷轧薄板厂，速度优化后的酸洗速度明显高于人工设定的方式，有效提高了机组运行效率。