BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學(xué)模型在中厚板板凸度預(yù)報中的綜合應(yīng)用

1、第!卷第#期$%年&月塑性工程學(xué)報789:!8:#!+,;:!$%1,$-式中!+出口板凸度/+入口板凸度/U+%&!+軋制力均勻分布時的機械凸度/$+機械凸度對軋件出口凸度的影響稱之,為機械凸度轉(zhuǎn)化系數(shù)R!T,9+入口板凸度對出口板凸度的影響系數(shù)9稱之為板凸度遺傳系數(shù),R!T%9統(tǒng)稱板凸度模型影響系數(shù)其模型精度,和很大程度上取決于這兩個系數(shù)的精度!)#根據(jù)小川茂等人的試驗結(jié)果有(6$=G$&H&國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃基金項目%&!#張延華5H?D9?EBDIDI8ZO:LE!WJ作者簡介張延華男!M=&年生黑龍江伊春人東北大學(xué)博土研究生收稿日期$修訂日期$#H$MH!M$%H$#H!G萬方

2、數(shù)據(jù):%.CLO?E1$!:!$#3&%&$:%!:%式中!/R:+工作輥直徑LW+軋件出口厚度%+軋件寬度:+!第#期張延華等+F/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學(xué)模型在中厚板板凸度預(yù)報中的綜合應(yīng)用%M該板凸度模型結(jié)構(gòu)簡單!合理地考慮了軋制過程中軋輥變形和軋件變形對板凸度的影響$!機械凸度的模型!$&M!然后利機械凸度的計算采用影響函數(shù)法#式中!(第塊鋼軋制完成時支撐輥的磨損!-C(量(支撐輥中心磨損量-C(支撐輥直徑LC(與軋輥材質(zhì)有關(guān)的常數(shù)!(用數(shù)學(xué)回歸方法進行處理求得機械凸度模型的簡化形式根據(jù)式&式&可以很便捷地計算軋件!=/$1D.%8-DF%8F-/F1&Q/F11D$-D!%/W%6-D%/C%6

3、&#式中!D.(軋制力影響系數(shù)DF(彎輥力影響系數(shù)/F1(軋輥凸度影響項8(軋制力8F(彎輥力/:和/C(分別是工作輥和支撐輥的凸度6(軋輥輥身長:(軋件寬度D$D(模型系數(shù)!軋輥磨損模型軋輥磨損是板凸度和板形計算中不可缺少的信息!工作輥磨損模型考慮了支撐輥的影響$-:!&1-W!.!&-C!%(31!L:!:GG&:%:%L:(%D$-$C$:%(31!L:,C!&$:)$:-:!&1-:!.!&-C%(%31!L:,C!&:),C&%式中!-W!(第塊鋼軋制完成時工作輥的磨損量$(是第塊鋼的總軋制道次數(shù),3!83!(%3(分別是第3道次的軋制長度*軋制力和壓下量,C(支撐輥輥身長L:(工作

4、輥直徑C!C(與軋輥材質(zhì)有關(guān)的常數(shù)支撐輥磨損計算采用二次多項式為-C!1-C#!.&),C$&-萬C方數(shù)據(jù)1-C$:%.!-&R&(&D第!卷究從工藝角度出發(fā)!對F/網(wǎng)絡(luò)模型的輸入量確定為&個參數(shù)工作輥直徑L:#支撐輥直徑LC#入口板厚#出口板厚%#板寬K#入口板凸度/#軋輥機械凸度/$#目標(biāo)凸度/%!輸出層為機械凸度9$基于F轉(zhuǎn)化系數(shù),和板凸度遺傳系數(shù)/網(wǎng)絡(luò)的板凸度影響系數(shù)優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖!由于目標(biāo)凸度引入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)!隱層的個數(shù)簡化與輸入層個數(shù)相等$因此!板凸度影響系數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化簡化模型結(jié)構(gòu)為$&e&e式中!*表示各輸出節(jié)點的期望輸出值7&*)*&節(jié)點所在層的上面一層的節(jié)點號修改權(quán)值和閾值%7-

5、!777.!-.1*-*&*&-&7-!777.!-.111-1&13&3&3&3&-&*學(xué)習(xí)步長!本模型取$式中!:%*勢態(tài)項!本模型取$:%*當(dāng)經(jīng)歷!=N后!判斷指標(biāo)是否滿足精度圖!簡化后的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu).D&R!%!N和目標(biāo)輸出+&R!%!N$Q計算網(wǎng)絡(luò)的實際輸出及隱含單元的狀態(tài)&1!&(13&3.*&式中!&*神經(jīng)元輸出13&*連接權(quán)值*&*神經(jīng)元的閾值!*激發(fā)函數(shù)!為0D&R&!T&7&T&要求#!這里#*$其中#R(#!#R(&7&T&+!$為精度!本文取$R$:$!$若滿足要求則繼續(xù)G!否則轉(zhuǎn)到Q$G停止!結(jié)束$M!應(yīng)用實例利用(C?L9BMD和3及PDEK8WI$作為操作平臺!

6、我們分析某中厚板廠$Q年&月的G天采集到的!$組數(shù)據(jù)對F/網(wǎng)絡(luò)進行學(xué)習(xí)!并對學(xué)習(xí)樣本進行模糊聚類分析!選取其中=$組樣本作為新的學(xué)習(xí)樣本集!進行分類計算模型系數(shù)!把計算的結(jié)果以查詢表形式存儲到計算機里!實際運用按查詢表給出的條件和系數(shù)進行計算$表!中給出了在軋制選用#%為代表鋼種!坯料規(guī)格$e#$eM%$!終軋規(guī)格為!&:$eQ%$e!#&$!來料溫度為!$G!k$表!中只列出最后#個道次的出口凸度的實際值與各模型預(yù)測值的對比情況$表#!傳統(tǒng)模型和優(yōu)化模型精度比較1?A:!/CBLDID8EL8?CDI8E8Z89K?EK8OD;8KB9!數(shù)學(xué)模型F/優(yōu)化模型道次厚度凸度實測值凸度相對誤差&f

7、凸度相對誤差&f+HQQ$:$:%G$:=$%:=$:%TQ:%!+HQ:G$:#$:#=#:%$:#=#:%+H!$:$:QQ$:Q%=:$=$:QTQ:$Q+$!&:$:%$:G&:$:#T#:$注$為最后軋制道次$由于在預(yù)報模型中引入目標(biāo)凸度!而目標(biāo)凸度值根據(jù)實際值給出!如果目標(biāo)凸度給出偏低&比實際值!預(yù)報結(jié)果比實際值低$上述表中出現(xiàn)除+H道次外!其余道次低于實際值的現(xiàn)象$在F/網(wǎng)絡(luò)輸入項中!目標(biāo)凸度作為輸入項!可以大大提高網(wǎng)絡(luò)收斂速度$M!MM!第#期張延華等F/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學(xué)模型在中厚板板凸度預(yù)報中的綜合應(yīng)用=!$!N!Q%!(?W?0?OI;8O8U!U?;0BO?9b(EHDD9

8、9$LJI8K8ZIOCDC8WEDE8OIOCDL%!D99I$b8;CE?98ZOB01/M&#%&!#!$Q#!$#!$!U#%!N?I;K?0DC?I?W?1!(EDID4!BO?9b/C8ZD9BL8EOC89DE8OIOCD899DE?ZBCBKA?LH;899CB01/M&Q&!%!%G$%!張進之b解析板形剛度理論$b中國科學(xué)&5輯#!#$Q$&!&G$=%!何勇!項利國b基于模糊聚類的F/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研%!究及應(yīng)用$b系統(tǒng)工程理論與實踐!$#&#GM&$G%!邵峰晶!于忠清編著b數(shù)據(jù)挖掘原理與算法$N%b北京中國水利水電出版社!$Q$!%$&%!王國棟b板形控制和板形理論$N

9、%b北京冶金工業(yè)出版社!M&=$M%!魏立群!陸濟民!蔡恩沛b應(yīng)用變接觸長度支承輥%改善中厚板板形及橫向同板差$b鋼鐵研究學(xué)報!#!MMM!&!Q$%!$8E.Nb38;OBCC899KBZ9BLOD8EC8C?Z8CCBH!KDLODEOCDC8WE$%b2C8E?EKIOBB9BEDEBBCIL!#!M&#=!&GQQ-26+&.6(1(BTU1/A&21/.(,61+(7:61&.6(16.0557&.0/7&.6+&27(9/2).(5/96+.6(1(B52&./+(;?-2)D?EH;?P,+66;8HK8EB0O?OBdB?A8C?O8CZ*899DEEK,;O8?OD8E8CO

10、B?IOBCE)EDaBCIDO0BE?E!$#DE?!3J-J8?JJBE?E2EIODO;OB8Z3BDL?91BLE898BE?E!$!#DE?!3JJJDI?BC?E?9BI?ID9B9?OBLC8WE8KB9?EK8KDIC88IBKO8J8ODDB9?OBLC8WE8KB9A?IDI8EF/EB;C?9EBOW8CIO8DC8aBOBL8EOC89?LL;C?LZLC8WECBKDLOBK:1BZ;L9;IOBC?HJ8J!E?9IDIW?I;IBK?IOBCBC8LBIIDEO8IB9BLOOBI?9BIBOWDLL?EDELCB?IBOBIBBK8ZIO;K:2ODII8WEO

11、?OOBCBKDLHJJOD8ECBLDID8E8ZF/EB;C?9EBOW8CIL?EABDC8aBKB8ODD?OD8E8KB9L?EAB?HJ?ED;BI?EKB;DBEO:(F(;/(9)9?OBLC8WE/EB;C?9EBOW8CZ;9;IOBCJL4萬方數(shù)據(jù)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)學(xué)模型在中厚板板凸度預(yù)報中的綜合應(yīng)用作者：作者單位：張延華， 劉相華， 王國棟， ZHANG Yan-hua， LIU Xiang-hua， WANG Guo-dong張延華,ZHANG Yan-hua(東北大學(xué),軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室,沈陽,110004;沈陽化工學(xué)院,信息工程學(xué)院,沈陽,11014

12、2)， 劉相華,王國棟,LIU Xiang-hua,WANG Guo-dong(東北大學(xué),軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點實驗室,沈陽,110004)塑性工程學(xué)報JOURNAL OF PLASTICITY ENGINEERING2005，12(4)1次刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次數(shù)：參考文獻(10條)1.陶紅勇.王京.陸秀志 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在板形控制中的應(yīng)用期刊論文-軋鋼 2003(4)2.Nakajima K.Asamura T.Kikuma T Hot strip crown control by six-high mill 19843.Ogawa S.Matsumoto H.Hamauzu

13、 S Online calculation method of strip crown in hot strip mills 19844.MASUDA S.Hirasawa T.Ohnishi Y Profile control in hot strip rolling by chamfered back-up roll 19825.張進之 解析板形剛度理論期刊論文-中國科學(xué)E輯 2000(2)6.何勇.項利國 基于模糊聚類的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究及應(yīng)用期刊論文-系統(tǒng)工程理論與實踐 2004(2)7.邵峰晶.于忠清 數(shù)據(jù)挖掘原理與算法 20038.王國棟 板形控制和板形理論 19869.魏立群.

14、陸濟民.蔡恩沛 應(yīng)用變接觸長度支承輥改善中厚板板形及橫向同板差 1999(1)10.John F M Computer roll deflection program for predicting strip crown 1984相似文獻(10條)1.期刊論文 胡賢磊.趙忠.邱紅雷.劉相華 凸度-板形矢量法在中厚板中的應(yīng)用 -東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2004,25(4)為了有效控制中厚板板形和發(fā)揮軋機生產(chǎn)能力,將凸度-板形矢量分析法應(yīng)用于中厚板軋制規(guī)程的計算.首先分析板凸度計算模型并給出相應(yīng)的在線數(shù)學(xué)模型,然后分析了凸度-板形矢量法的機理.并基于該方法分析中厚板伸長階段的軋制特點,將伸長階段

15、的規(guī)程計算分解成三步:伸長階段前幾個道次在軋機能力允許范圍內(nèi)采用大壓下量,減少軋制道次;伸長階段的后3,4個軋制道次,采用凸度-板形矢量法,控制軋件凸度和板形;通過調(diào)節(jié)總軋制道次數(shù)或最大軋制力限制系數(shù),使得最后道次的出口厚度等于目標(biāo)厚度.通過長期在線應(yīng)用,表明該方法對板形有較強的控制能力,適合于中厚板的在線計算機過程控制.2.期刊論文 胡賢磊.田勇.趙忠.劉相華.HU Xian-lei.TIAN Yong.ZHAO Zhong.LIU Xiang-hua 工作輥輥形對中厚板側(cè)彎的影響分析 -東北大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）2005,26(7)分析工作輥輥形與側(cè)彎的關(guān)系,可知工作輥有載輥形為正時,軋件

16、易出現(xiàn)側(cè)彎,軋制穩(wěn)定性差.同時根據(jù)仿真計算得知:支撐輥凸度保持不變,在同一軋件寬度下,如果工作輥無載輥形從凸形變成凹形,工作輥有載凸度逐漸減小;支撐輥凸度保持不變,軋件越寬,則軋輥有載凸度的變化范圍越大;支撐輥凸度從正值變成負(fù)值,會使工作輥有載凸度曲線近似向上平移.為此采用以下措施有利于中厚板側(cè)彎的控制:在配輥時將上工作輥磨出一定的負(fù)凸度;將支撐輥磨出一定的正凸度;軋制初期多安排成品寬度較小的軋件進行軋制.3.期刊論文 張其生.胡賢磊.李建平.趙忠.劉相華.王國棟.ZHANG Qi-sheng.HU Xian-lei.LI Jian-ping.ZHAO Zhong.LIU Xiang-hua.

17、WANG Guo-dong 軋輥凸度變化對中厚板輥縫設(shè)定的影響 -鋼鐵研究學(xué)報2007,19(3)根據(jù)影響函數(shù)法計算軋輥凸度對輥縫設(shè)定的影響,當(dāng)保持工作輥和支承輥凸度不變,則軋制力與輥系彈性變形呈線性關(guān)系,工作輥和支承輥凸度的變化對直線的斜率幾乎沒有影響.并基于不同條件的計算結(jié)果,回歸出軋輥凸度變化對輥縫設(shè)定影響的計算模型.最后對傳統(tǒng)軋機彈跳模型進行改造,提出新的軋機彈跳模型.實際應(yīng)用表明該修正模型能夠有效提高軋件厚度預(yù)測精度.4.學(xué)位論文 段東明 自學(xué)習(xí)方法在中厚板凸度自動控制中的應(yīng)用 2001該文對自學(xué)習(xí)方法在中厚板凸度控制中的應(yīng)用進行了深入的研究.簡要介紹了中厚板自動化技術(shù)的發(fā)展和智能控

18、制技術(shù)及其應(yīng)用現(xiàn)狀,全面回顧了中厚板生產(chǎn)現(xiàn)狀和發(fā)展前景,詳細(xì)介紹了國內(nèi)外中厚板凸度控制技術(shù)的發(fā)展,說明了該文所研究軋機的特點在此基礎(chǔ)上該文所作的主要工作.鋼板在軋制過程中,輥縫、初始軋輥凸度、板寬和軋制力等因素,會引起板形的變化,并影響板凸度,因而需要控制凸度,盡量使凸度減小,保持良好板形,從而提高鋼板的成材率,創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益.用有限元分析模型,結(jié)合本軋機凸度控制的特點,給出凸度方程,建立了凸度預(yù)報數(shù)學(xué)模型.運用最小二乘法對凸度模型系數(shù)擬合計算,創(chuàng)建系數(shù)的知識表格.這樣,在規(guī)程計算時,凸度預(yù)報就可以在辨識的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,根據(jù)軋制的目標(biāo)寬度,從知識表格中找出相應(yīng)的系數(shù)進行計算,得到凸度的

19、預(yù)報值.運用自學(xué)習(xí)的方法,通過知識表格實現(xiàn)凸度模型系數(shù)的自學(xué)習(xí).并以現(xiàn)場實例,用超定線性方程組求解,得到較高的凸度預(yù)報值.針對薄規(guī)格鋼板板形(或板凸度)較難控制的問題,結(jié)合軋制規(guī)程優(yōu)化的控制方法,提出了本軋機進一步改進軋制規(guī)程的方法,最后用表格說明對薄規(guī)格鋼板軋制規(guī)程優(yōu)化的效果.5.期刊論文 胡賢磊.趙忠.邱紅雷.劉相華 在線高精度中厚板凸度計算模型 -東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2004,25(10) 基于普通中厚板四輥軋機,利用影響函數(shù)法分析了軋件寬度、軋制力、工作輥和支撐輥尺寸和彎輥力對有載軋輥凸度的影響,并根據(jù)大量計算數(shù)據(jù)進行回歸,得出在線有載軋輥凸度計算模型.分析了軋件入口凸度對出口凸

20、度的遺傳效果,綜合有載軋輥凸度模型和板凸度遺傳系數(shù)模型得到在線板凸度計算模型. 該模型合理地考慮了軋輥變形和軋件橫向流動的影響,能夠真實反映出口板凸度的大小,計算精度高,是在線板形和板凸度控制的有效工具.6.學(xué)位論文 胡賢磊 中厚板軋機過程控制模型的研究 2003該文以首鋼3500mm中厚板軋機改造項目為背景,以中厚板軋機控制模型為主線,對控制模型系統(tǒng)框架、厚度精度控制、溫度控制、板形與板凸度設(shè)定控制以及軋制規(guī)程分配等進行了研究,開發(fā)了相應(yīng)的在線控制軟件,現(xiàn)場應(yīng)用取得了良好的效果.具體研究內(nèi)容和主要結(jié)果如下:(1)采用影響函數(shù)法分析輥系彈性變形,利用計算結(jié)果給出可用于在線控制的輥系變形線性計算

21、模型.將輥系彈性變形模型和全長壓靠彈性曲線結(jié)合,構(gòu)造出精度和完備性都優(yōu)于傳統(tǒng)模型的軋機彈跳新模型.與傳統(tǒng)彈跳模型比較,新模型具有以下優(yōu)點:軋輥尺寸、軋輥凸度、軋件寬度和軋制力等因素對軋機彈跳的影響都可以通過該模型得到體現(xiàn);簡化軋機彈跳模型的測量.只需要測量基本輥徑、基本凸度的全長壓靠曲線,然后結(jié)合輥系彈性變形計算即可得到完整的彈跳模型,避免換輥后重復(fù)測量剛度.證明了剛度差異產(chǎn)生的軋輥微小傾斜對軋制中心線處的設(shè)定輥縫基本沒有影響.引入相對油膜厚度零點的概念,并給出相對油膜厚度模型的計算方法和測量方法.分析彈跳方程零點漂移對軋制力模型自學(xué)習(xí)的影響,得知如果軋件出口厚度的計算全部采用彈跳方程計算值,

22、則彈跳方程零點漂移對軋制力模型的自學(xué)習(xí)基本沒有影響.(2)選擇適合中厚板軋制過程的變形抗力模型,根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù),提出適合于工程在線用的簡易殘余應(yīng)變數(shù)學(xué)模型,通過理論分析得知采用該模型可以將殘余應(yīng)變對變形抗力的影響控制在6以內(nèi).構(gòu)造了合理的變形抗力模型參數(shù)的修正算法來消除溫度模型累計誤差對厚度精度的影響.(3)分析熱輻射和對流、高壓水除鱗、與軋輥接觸產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)和軋制塑性功等因素對溫度變化的影響,得出相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型.利用該模型分析了厚板溫度梯度與軋件厚度和時間的規(guī)律,為實測表面溫度轉(zhuǎn)化軋件平均溫度的處理提供了理論支持.針對實測溫度的特點,給出一次除鱗后實測溫度的有效性判斷準(zhǔn)則,并利用插值法和

23、相似法給出除鱗后溫度的計算方法.給出開軋溫度的計算算法和自學(xué)習(xí)算法,使開軋溫度的計算精度更符合實際.結(jié)合中厚板控溫軋制的特點,將終軋溫度看成是控溫溫度的單調(diào)增函數(shù),并提出相應(yīng)的算法來確定控溫溫度和終軋溫度.(4)分析了厚度控制系統(tǒng)和板形開環(huán)控制的關(guān)系,通過理論推導(dǎo)得出軋制寬薄軋件時,AGC對板形影響較大,而對厚度控制精度貢獻不大.并在此基礎(chǔ)上,提出適用于中厚板軋制的板形鎖定法,理論推導(dǎo)和現(xiàn)場應(yīng)用均已證明,這種方法能夠在對厚度控制微小影響的前提下,避免軋制寬薄材時板形容易出現(xiàn)邊浪的缺陷.(5)根據(jù)平面形狀控制的要求以及中厚板的軋制特點制定了相應(yīng)的中厚板軋制策略原則.針對展寬階段的軋制特點,提出展

24、寬階段軋制規(guī)程分配新方法可變道次的綜合負(fù)荷平衡分配法,這種分配方法綜合考慮設(shè)備能力的充分發(fā)揮,使得各個道次的綜合負(fù)荷函數(shù)值相等.針對伸長階段的軋制特點,提出伸長階段軋制規(guī)程分配新方法負(fù)荷協(xié)調(diào)分配法.該方法通過定義一個虛擬最大軋制力限制系數(shù)來調(diào)節(jié)各道次軋制力,使得最后三個道次軋制力線性下降,滿足板形控制的要求,而前面道次盡量發(fā)揮軋機的能力采取大壓下量.進而將后三個道次的軋制力下降斜率作為變量,如果出現(xiàn)板形問題,可以通過調(diào)整斜率改變軋制負(fù)荷的分配.該文的研究結(jié)果,針對中厚板在線實時控制,具有很強的實用性.所開發(fā)的中厚板軋機過程控制模型已成功應(yīng)用于首鋼中厚板廠一期改造和二期改造工程,為中國中厚板軋機過程模型控制研究起到積極的促進作用.7.期刊論文 孫林.張清東.陳先霖.劉炳南.吳炳火.張晨 22800四輥軋機“逆寬”軋制中的凸度控制 -北京科技大學(xué)學(xué)報2001,23(3)為了研究2800四輥軋機在工作輥服役后期“逆寬”軋制狀態(tài)下的凸度控制問題,結(jié)合大量的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù),運用變厚度平面有限元方法建立了專門針對2800四輥軋機的輥系變形(即凸度預(yù)測)仿真模型.根據(jù)仿真計算結(jié)果,揭示出工作輥服役后期的“箱型”磨損輥形、鋼板寬度及軋制力等對鋼板凸度的影響關(guān)系,并提出相應(yīng)的生產(chǎn)中可行的控制措施.8.期刊論文 張延華.劉相華.王國棟.ZHANG