層流冷卻的策略和控制模型

1、安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙- PAGE 57 -安徽工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書課題名稱層流冷卻的的策略和和控制模模型學(xué) 院 電氣信息學(xué)學(xué)院專業(yè)班級電子信息工工程0881班姓 名劉林學(xué) 號08906641993畢業(yè)設(shè)計（論論文）的的主要內(nèi)內(nèi)容:（1）根據(jù)據(jù)課題內(nèi)內(nèi)容，查查閱搜索索相關(guān)文文獻資料料，并翻譯譯不少于于50000字的的相關(guān)英英文文獻獻資料。（2）了解解帶鋼熱熱連軋的的生產(chǎn)工工藝，理理解層流流冷卻系系統(tǒng)的整整體架構(gòu)構(gòu)。（3）掌握握層流冷冷卻中用用到的控控制模型型的原理理。（4）掌握握層流冷冷卻中用用到的控控制策略略的原理理。（5）對完完成的工工作進行行總結(jié)，按按格式撰撰寫畢

2、業(yè)業(yè)設(shè)計論論文，準(zhǔn)準(zhǔn)時參加加答辯。起止時間：2012年2月25日至2012年6月5日共16周指 導(dǎo) 教教 師簽 字字系 主 任任簽 字院 長長簽 字字摘要在帶鋼熱連連軋工藝藝中，卷卷取溫度度對帶鋼鋼的金相相組織影影響很大大，是決決定成品品帶鋼加加工性能能、力學(xué)學(xué)性能和和物理性性能的重重要工藝藝參數(shù)之之一。為了保保證帶鋼鋼成品性性能指標(biāo)標(biāo)，同時時使帶鋼鋼順利卷卷取并保保持良好好卷形，必必須使帶帶鋼卷取取溫度控控制在合合理范圍圍內(nèi)。而而熱連軋帶鋼鋼的實際際卷取溫溫度能否控制制在要求求的范圍圍內(nèi) ,則主要要取決于于精軋機機架后層流冷卻卻控制系統(tǒng)統(tǒng)。本文以某大大型鋼鐵鐵集團的的帶鋼熱熱連軋生生產(chǎn)線為為

3、基礎(chǔ)，設(shè)計了了一套具具有實際際應(yīng)用意意義的層層流冷卻卻控制策策略和控控制模型型。同時時，設(shè)計計并繪制制了基于于西門子子WinnCC的的層流冷冷卻控制制畫面。所所有這些些實現(xiàn)了了對整個個系統(tǒng)的的全自動動控制。模擬測測試結(jié)果果表明，這些控制策略和控制模型功能完善、性能穩(wěn)定、控制精度高。關(guān)鍵字：帶帶鋼熱連連軋 層流流冷卻 卷卷取溫度度控制 控控制策略略 控制模模型AbstrracttBeingg onne oof tthe impporttantt crraftt paarammeteers, cooiliing temmperratuure deccidees tthe macchinningg

4、peerfoormaancee, tthe mecchannicaal pperfformmancce andd thhe pphyssicaal pperfformmancce of finnishhed strrip prooducct, andd haas iinflluennce on strrips mmetaalloograaphiic pphasse. In ordder to gett hiigh-quaalitty pprodductt annd ggoodd cooil shaape, thhe sstriip ccoillingg teempeeratturee muus

5、t be conntroolleed aat aa prropeer rrangge.WWhettherr thee acttuall coiilinng ttempperaaturre of hott rolllinng sstriip cann be conntroolleed wwithhin thee reequiiredd raangee maainlly deppendds oon tthe lamminaar ccoollingg conntrool ssysttem aftter thee finnishhingg sttandds.In thhe ppapeer, a see

6、t oof cconttroll sttrattegiies andd coontrrol moddelss of thee laaminnar cooolinng conntrool ssysttem witth ppraccticcal apppliccatiion siggnifficaancee forr a hott strrip rolllinng pprodducttionn liine of a llargge iironn annd ssteeel eenteerprrisee iss deesiggnedd. Att thhe ssamee tiime, thhe ccon

7、ttroll piictuuress foor llamiinarr coooliing aree deesiggnedd annd ddrawwn wwithh thee sooftwwaree WiinCCC off Siiemeens. Alll oof tthesse aachiievee thhe aautoomattic conntrool oof tthe whoole sysstemm. SSimuulattionn teest ressultts sshoww thaat tthe conntrool sstraateggiess annd cconttroll moodel

8、ls havve pperffectt fuuncttionn, sstabble perrforrmannce andd hiigh conntrool aaccuuraccy.Key WWordds: strrip steeel hott sttripp laaminnar cooolinng coillingg teempeeratturee conntrool conttroll sttrattegyy conntrool mmodeel 目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc326673960 摘要 PAGEREF _Toc326673960 h III

9、 HYPERLINK l _Toc326673961 Abstrractt PAGEREF _Toc326673961 h IIII HYPERLINK l _Toc326673962 目錄 PAGEREF _Toc326673962 h IVV HYPERLINK l _Toc326673963 1 緒論論 PAGEREF _Toc326673963 h 1 HYPERLINK l _Toc326673964 1.1研研究背景景及意義義 PAGEREF _Toc326673964 h 1 HYPERLINK l _Toc326673965 1.2研研究現(xiàn)狀狀 PAGEREF _Toc3266

10、73965 h 2 HYPERLINK l _Toc326673966 1.3章章節(jié)安排排 PAGEREF _Toc326673966 h 3 HYPERLINK l _Toc326673967 2 層流流冷卻系系統(tǒng)簡介介 PAGEREF _Toc326673967 h 5 HYPERLINK l _Toc326673968 2.1 層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備布布置 PAGEREF _Toc326673968 h 5 HYPERLINK l _Toc326673969 2.2 層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)的基本本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc326673969 h 6 HYPERLINK l _Toc32667

11、3970 2.3 本章小小結(jié) PAGEREF _Toc326673970 h 9 HYPERLINK l _Toc326673971 3 層流流冷卻的的控制模模型 PAGEREF _Toc326673971 h 10 HYPERLINK l _Toc326673972 3.1 溫降模模型 PAGEREF _Toc326673972 h 10 HYPERLINK l _Toc326673973 3.1.11 空冷冷區(qū)溫降降模型 PAGEREF _Toc326673973 h 10 HYPERLINK l _Toc326673974 3.1.22 水冷冷區(qū)溫降降模型 PAGEREF _Toc326

12、673974 h 10 HYPERLINK l _Toc326673975 3.2 卷取溫溫度預(yù)報報模型 PAGEREF _Toc326673975 h 11 HYPERLINK l _Toc326673976 3.2.11 傳統(tǒng)統(tǒng)卷取溫溫度預(yù)報報模型 PAGEREF _Toc326673976 h 11 HYPERLINK l _Toc332666739977 3.22.2 基于遺遺傳神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的卷取溫溫度預(yù)報報模型 PAGEREF _Toc326673977 h 12 HYPERLINK l _Toc326673978 3.3 預(yù)設(shè)定定模型 PAGEREF _Toc326673978 h

13、 16 HYPERLINK l _Toc326673979 3.4 前饋控控制模型型 PAGEREF _Toc326673979 h 18 HYPERLINK l _Toc326673980 3.5 反饋控控制模型型 PAGEREF _Toc326673980 h 19 HYPERLINK l _Toc326673981 3.6 自學(xué)習(xí)習(xí)模型 PAGEREF _Toc326673981 h 20 HYPERLINK l _Toc326673982 3.6.11 短期自自學(xué)習(xí) PAGEREF _Toc326673982 h 21 HYPERLINK l _Toc326673983 3.6.22

14、長期期自學(xué)習(xí)習(xí) PAGEREF _Toc326673983 h 21 HYPERLINK l _Toc326673984 3.7 數(shù)據(jù)庫庫模型 PAGEREF _Toc326673984 h 22 HYPERLINK l _Toc326673985 3.8 本章小小結(jié) PAGEREF _Toc326673985 h 22 HYPERLINK l _Toc326673986 4 層流流冷卻的的控制策策略 PAGEREF _Toc326673986 h 24 HYPERLINK l _Toc326673987 4.1 冷卻策策略 PAGEREF _Toc326673987 h 24 HYPERLI

15、NK l _Toc326673988 4.1.11 上下下開閥的的起始位位置 PAGEREF _Toc326673988 h 24 HYPERLINK l _Toc326673989 4.1.22 冷卻卻方向 PAGEREF _Toc326673989 h 24 HYPERLINK l _Toc326673990 4.1.33 集管管稀疏模模式 PAGEREF _Toc326673990 h 25 HYPERLINK l _Toc326673991 4.1.44 頭尾特特殊處理理 PAGEREF _Toc326673991 h 25 HYPERLINK l _Toc326673992 4.1.

16、55 臨界溫溫度的確確定 PAGEREF _Toc326673992 h 25 HYPERLINK l _Toc326673993 4.2 帶鋼分分段控制制 PAGEREF _Toc326673993 h 26 HYPERLINK l _Toc326673994 4.3 冷卻區(qū)區(qū)分段控控制 PAGEREF _Toc326673994 h 26 HYPERLINK l _Toc326673995 4.4 冷卻速速度控制制 PAGEREF _Toc326673995 h 26 HYPERLINK l _Toc326673996 4.5 側(cè)噴和和吹掃控控制 PAGEREF _Toc326673996

17、 h 28 HYPERLINK l _Toc326673997 4.6 上下集集管水比比的配置置 PAGEREF _Toc326673997 h 28 HYPERLINK l _Toc326673998 4.7 本章小小結(jié) PAGEREF _Toc326673998 h 29 HYPERLINK l _Toc326673999 5 實驗驗部分 PAGEREF _Toc326673999 h 30 HYPERLINK l _Toc326674000 結(jié)論 PAGEREF _Toc326674000 h 388 HYPERLINK l _Toc326674001 參考文獻 PAGEREF _Toc

18、326674001 h 39 HYPERLINK l _Toc326674002 致謝 PAGEREF _Toc326674002 h 400 1 緒論論鋼鐵是現(xiàn)代代社會最最重要的的原材料料，其產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)質(zhì)量是一一個國家家發(fā)達程程度和經(jīng)經(jīng)濟實力力的重要要標(biāo)志。世界鋼鐵協(xié)會2010年發(fā)布的報告顯示，2010年全球粗鋼產(chǎn)量達到14.14億噸，創(chuàng)下全球粗鋼產(chǎn)量的新紀(jì)錄。其中，中國以6.267億噸位居全球第一位，占全球鋼產(chǎn)量的44.3%。隨著中國城市化進程的加速，交通、能源等基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)，以及制造業(yè)尤其是汽車、家電等產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，鋼材需求將會大量增加1。近年來，隨隨著社會會的發(fā)展和和科學(xué)技技

19、術(shù)的進進步，低低合金高高強度、高高韌性并并具有良良好的焊焊接性能能的鋼材材已經(jīng)在在社會上上得到了了廣泛的的應(yīng)用。各各行各業(yè)對熱熱軋帶鋼鋼質(zhì)量、品品種、性性能的要要求越來來越高。我國雖然是鋼鐵產(chǎn)量大國，但是高附加值、高技術(shù)含量的產(chǎn)品所占比例非常低，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)非常不合理，鋼鐵市場正遭受國際化的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高技術(shù)含量、增加產(chǎn)品附加值將是我國鋼鐵行業(yè)走向世界的必經(jīng)之路2。在帶鋼熱連連軋工藝藝中，卷卷取溫度度對帶鋼鋼的金相相組織影影響很大大，是決決定成品品帶鋼加加工性能能、力學(xué)學(xué)性能和和物理性性能的重重要工藝藝參數(shù)之之一3。過高高的卷取取溫度，將將會因卷卷取后的的再結(jié)晶晶和緩慢慢冷卻而而產(chǎn)生

20、粗粗結(jié)晶組組織及碳碳化物的的積聚，導(dǎo)導(dǎo)致力學(xué)學(xué)性能變變壞，以以及產(chǎn)生生堅硬的的氧化鐵鐵皮，使使酸洗困困難。如如果卷取取溫度過過低，一一方面是是卷取困困難，且且有殘余余應(yīng)力存存在，容容易松卷卷，影響響成品帶帶卷的質(zhì)質(zhì)量；另另一方面面，卷取取后也沒沒有足夠夠的溫度度使過飽飽和的碳碳氮化合合物析出出，影響響鋼材性性能。因因此，將將帶鋼卷卷取溫度度控制在在由鋼的的內(nèi)部金金相組織織所確定定的范圍圍內(nèi)，是是帶鋼質(zhì)質(zhì)量的一一項關(guān)鍵控控制措施施。層流冷卻系系統(tǒng)位于于帶鋼熱熱連軋生生產(chǎn)線的的精軋機機與卷取取機之間間，是控控制卷取取溫度的的一種方方式，其其目的是是將帶鋼鋼從終軋軋后的溫溫度冷卻卻到相變變后的卷卷取

21、溫度度。該技技術(shù)不經(jīng)經(jīng)能大大大縮短帶帶鋼的冷冷卻時間間，大幅幅提高產(chǎn)產(chǎn)量，更更重要的的是它能能夠控制制冷卻速速度，改改變帶鋼鋼的金屬屬組織結(jié)結(jié)構(gòu)，在在不降低低韌性的的情況下下，提高高鋼材強強度，減減少板帶帶的不平平整度以以及殘余余應(yīng)力，從從而明顯顯地提高高帶鋼質(zhì)質(zhì)量，為為企業(yè)帶帶來顯著著的經(jīng)濟濟效益。研究背景及及意義層流冷卻是是控制帶帶鋼卷取取溫度，獲獲得理想想軋材組組織和性性能的一一種有效效方法，在在目前的的帶鋼熱熱連軋廠廠中得到到了廣泛泛的應(yīng)用用。一般般而言，常常用的控控制方法法有：高高壓噴嘴嘴冷卻、板板湍流冷冷卻、噴噴淋冷卻卻、霧化化冷卻、水水幕冷卻卻、層流流冷卻等等。各種種冷卻方方式都

22、有有其各自自的優(yōu)缺缺點，幾幾種冷卻卻方式的的優(yōu)缺點點如表11-14。采用哪哪種冷卻卻方式應(yīng)應(yīng)根據(jù)具具體工藝藝環(huán)境和和限定條條件確定定。表1-1 幾種種冷卻方方式的優(yōu)優(yōu)缺點冷卻方式優(yōu)點缺點高壓噴嘴冷冷卻水流不間斷斷呈紊流流狀態(tài)噴噴到帶鋼鋼表面；穿透性性好，適適用于水水汽膜較較厚的環(huán)環(huán)境。用水量大，飛飛濺嚴(yán)重重，冷卻卻不均勻勻；對水水質(zhì)要求求較高，噴噴嘴易堵堵塞；水水的利用用率低。板湍流冷卻卻軋后鋼板直直接進入入水中進進行淬火火和快速速冷卻，冷冷卻速度度可達330/s。冷卻速度調(diào)調(diào)節(jié)范圍圍小，耗耗水量較較大。噴淋冷卻水流以液漓漓群的方方式?jīng)_擊擊鋼板，比比高壓噴噴嘴冷卻卻更均勻勻，冷卻卻能力較較強。

23、需要較高的的壓力，調(diào)調(diào)節(jié)冷卻卻能力范范圍小，對對水質(zhì)要要求較高高。霧化冷卻用加壓的空空氣使水水流成霧霧狀冷卻卻鋼板，冷冷卻均勻勻，冷卻卻速度調(diào)調(diào)節(jié)范圍圍大，可可實現(xiàn)單單獨風(fēng)冷冷、弱水水冷和強強水冷。線路復(fù)雜，噪噪音較大大，車間間內(nèi)霧氣氣較大設(shè)設(shè)備易受受腐蝕。水幕冷卻水流保持層層流狀態(tài)態(tài)，冷卻卻速度快快，冷卻卻區(qū)距離離短，對對水質(zhì)要要求不高高，易維維護。可調(diào)節(jié)冷卻卻速度范范圍較小小層流冷卻水流以恒定定低壓的的柱狀水水流沖擊擊鋼板，形形成核沸沸騰，冷冷卻能力力強，冷冷卻均勻勻。冷卻區(qū)距離離長，對對水質(zhì)要要求較高高，噴嘴嘴易堵塞塞，維護護量大。當(dāng)前世界上上采用的的控制冷冷卻設(shè)備備主要為為水幕冷冷卻系

24、統(tǒng)統(tǒng)和柱狀狀層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)。這兩兩種冷卻卻方式都都可以依依據(jù)帶鋼鋼的速度度和厚度度進行水水量調(diào)節(jié)節(jié)，以達達到需要要的冷卻卻速率，使使帶鋼全全長均勻勻冷卻。雖雖然水幕幕冷卻具具有最強強的冷卻卻能力，但但據(jù)西德德克虜伯伯公司對對層流、水水幕和噴噴射3種種冷卻方方式的對對比實驗驗表明，層層流冷卻卻方式的的冷卻均均勻性最最高，而而冷卻強強度只比比水幕冷冷卻稍低低，因此此層流冷冷卻是多多數(shù)帶鋼鋼熱連軋軋生產(chǎn)線線的主要要冷卻方方式。由此可見，研研究層流流冷卻卷卷取溫度度的優(yōu)化化控制即即研究層層流冷卻卻的策略略及控制制模型對對于提高高產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量，降降低廢品品率，增增加企業(yè)業(yè)的經(jīng)濟濟效益有有著非常常重要的的

25、現(xiàn)實意意義。另另一方面面，層流流冷卻控控制系統(tǒng)統(tǒng)主要由由國外開開發(fā)，國國內(nèi)還處處在引進進、消化化、吸收收的階段段，研究究和優(yōu)化化層流冷冷卻策略略和控制制模型，對對于我國國掌握國國外先進進的制造造技術(shù)，提提高產(chǎn)品品在國外外市場的的競爭力力，有著著重大而而深遠的的意義。同同時，也也有利于于為我國國今后獨獨立自主主地開發(fā)發(fā)新鋼種種（如多多相混合合組織鋼鋼、鐵素素體區(qū)軋軋制鋼）的的冷卻控控制系統(tǒng)統(tǒng)打下堅堅實的基基礎(chǔ)。研究現(xiàn)狀卷取溫度控控制是層層流冷卻卻系統(tǒng)的的核心任任務(wù)，而而溫度控控制的精精度在很很大程度度上取決決于過程程數(shù)學(xué)模模型的精精度。早期，對層層流冷卻卻控制系系統(tǒng)的技技術(shù)改造造主要集集中在工工

26、藝設(shè)備備的改進進方面。九十年代以后，尤其是近幾年來，國內(nèi)外對層流冷卻的研究主要包括兩個方面：一是通過對冷卻過程的研究建立精確的導(dǎo)熱數(shù)學(xué)模型；二是針對層流冷卻控冷過程的特點對控制策略進行研究。具體內(nèi)容如下：（1）數(shù)學(xué)學(xué)模型的的研究。以以往的層層流冷卻卻溫度場場數(shù)學(xué)模模型往往往是實際際冷卻過過程的簡簡化形式式，這樣樣可大大大減少計計算時間間，容易易實現(xiàn)，但但同時可可能對冷冷卻效果果帶來不不利的影影響。例例如：應(yīng)應(yīng)用于攀攀鋼的意意大利AANSAALDOO INNDUSSTRIIA公司司開發(fā)的的數(shù)學(xué)模模型比較較簡單，但但對流換換熱系數(shù)數(shù)的確定定不夠精精確5；應(yīng)用于于鞍鋼熱熱軋廠、本本鋼17700熱熱軋

27、廠的的由德國國SIMMENSS公司開開發(fā)的數(shù)數(shù)學(xué)模型型沒有考考慮帶鋼鋼與環(huán)境境的熱輻輻射，也也沒有考考慮水溫溫、帶鋼鋼運行速速度、終終軋溫度度對模型型參數(shù)的的影響，而而且模型型中的時時間常數(shù)數(shù)描述的的是帶鋼鋼表面溫溫度，對對厚規(guī)格格帶鋼的的控制效效果不理理想，模模型精度度受到了了限制6；應(yīng)用用于寶鋼鋼15880mmm熱軋廠廠的由日日本三菱菱電器開開發(fā)的數(shù)數(shù)學(xué)模型型，對各各種對流流換熱因因素考慮慮的較為為全面，是是一種較較先進的的層流冷冷卻控制制模型，但但還需要要對許多多參數(shù)進進行回歸歸，按照照厚度層層別等做做出一系系列控制制表7。（2）控制制策略的的研究。根根據(jù)層流流冷卻控控制的工工藝特點點，

28、目前前控冷的的方式基基本采用用預(yù)設(shè)定定計算、前前饋控制制、反饋饋控制和和模型參參數(shù)自適適應(yīng)等幾幾個策略略，并且且采用動動態(tài)控制制的方法法，將帶帶鋼在延延長度方方向上進進行分段段（稱作作帶鋼段段），同同時將冷冷卻輥道道劃分為為若干冷冷卻段，每每個冷卻卻段由若若干冷卻卻閥組成成，然后后動態(tài)跟跟蹤每一一個帶鋼鋼段，即即確定帶帶鋼段到到達某個個冷卻段段的時刻刻以及經(jīng)經(jīng)過的時時間，以以便在前前饋和反反饋時確確定應(yīng)調(diào)調(diào)節(jié)的水水閥數(shù)目目。當(dāng)帶帶鋼和冷冷卻輥道道分段越越細(xì)，帶帶鋼長度度方向上上的冷卻卻控制越越均勻，控控制精度度越高，但但控制也也將越復(fù)復(fù)雜。隨著計算機機科學(xué)的的迅猛發(fā)發(fā)展，帶帶鋼熱連連軋技術(shù)術(shù)已

29、經(jīng)成成為多學(xué)學(xué)科結(jié)合合的應(yīng)用用技術(shù)。尤尤其是近近幾年，由由SMSS公司設(shè)設(shè)計制造造的緊湊湊型熱帶帶生產(chǎn)線線（CSSP）被被國內(nèi)大大量引進進。國內(nèi)內(nèi)鋼鐵企企業(yè)紛紛紛與高校校和知名名冶金科科研機構(gòu)構(gòu)合作，消消化引進進技術(shù)，優(yōu)優(yōu)化系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以以提高控控制精度度。例如如：唐山山鋼鐵公公司從理理論和工工藝的角角度分析析了控冷冷過程中中換層別別后自適適應(yīng)能力力差、尾尾部溫差差大以及及低目標(biāo)標(biāo)卷取溫溫度精度度低等問問題產(chǎn)生生的原因因，提出出了虛擬擬檢測水水溫、反反推速減減點、細(xì)細(xì)化層別別等對應(yīng)應(yīng)的優(yōu)化化策略。另外，智能能控制理理論的發(fā)發(fā)展，為為描述與與控制不不確定、非非線性的的復(fù)雜過過程提供供了理論論基礎(chǔ)

30、，也也使得智智能控制制在層流流冷卻中中得到了了越來越越廣泛的的應(yīng)用。其其中，北北京科技技大學(xué)高高效軋制制國家工工程研究究中心提提出的遺遺傳神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的方法，將將遺傳算算法的能能夠收斂斂到全局局最優(yōu)解解和魯棒棒性強的的優(yōu)點與與神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合合起來，并并運用實實際生產(chǎn)產(chǎn)數(shù)據(jù)對對該網(wǎng)絡(luò)絡(luò)進行訓(xùn)訓(xùn)練和測測試，離離線實現(xiàn)現(xiàn)了卷取取溫度高高精度的的實時預(yù)預(yù)報，并并得到了了在線應(yīng)應(yīng)用。章節(jié)安排本課題以北北京科技技大學(xué)高高效軋制制國家工工程研究究中心承承接的國國內(nèi)某大大型鋼鐵鐵集團的的帶鋼熱熱連軋生生產(chǎn)線二二級系統(tǒng)統(tǒng)改造項項目為背背景，介介紹了層層流冷卻卻技術(shù)的的研究現(xiàn)現(xiàn)狀，分分析了層層流冷卻卻系統(tǒng)設(shè)設(shè)備布

31、置置和控制制結(jié)構(gòu)，重重點研究究了層流流冷卻系系統(tǒng)中所所用到的的控制模模型和控控制策略略。并根根據(jù)這些些理論，繪繪制了層層流冷卻卻的控制制畫面。實實踐證明明這些控控制策略略和控制制模型是是有效的的、實用用的。第一章主要要介紹了了本文的的研究背背景和意意義，對對比了幾幾種冷卻卻方式，并并從數(shù)學(xué)學(xué)模型和和控制策策略方面面對層流流冷卻系系統(tǒng)的研研究現(xiàn)狀狀進行了了概述。第二章給出出了層流流冷卻系系統(tǒng)的設(shè)設(shè)備布置置圖和實實物圖，對對層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)的基本本結(jié)構(gòu)以以及各個個結(jié)構(gòu)之之間的相相互協(xié)調(diào)調(diào)關(guān)系進進行了介介紹。第三章對層層流冷卻卻系統(tǒng)的的控制模模型進行行了研究究，控制制模型主主要包括括溫降模模型、卷卷

32、取溫度度預(yù)報模模型、預(yù)預(yù)設(shè)定模模型、前前饋控制制模型、反反饋控制制模型和和自學(xué)習(xí)習(xí)模型以以及數(shù)據(jù)據(jù)庫模型型。著重重分析了了改進后后的卷取取溫度預(yù)預(yù)報模型型。第四章對層層流冷卻卻系統(tǒng)的的控制策策略進行行了研究究，控制制策略主主要包括括冷卻策策略、帶帶鋼分段段控制、冷冷卻區(qū)分分段控制制、冷卻卻速度控控制、側(cè)側(cè)噴和吹吹掃控制制和上下下集管水水比配置置。第五章給出出改進的的控制模模型取得得的實驗驗效果，并并展示了了設(shè)計和和繪制的的HMII畫面。2 層流流冷卻系系統(tǒng)簡介介2.1 層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備布布置本文中的帶帶鋼熱連連軋生產(chǎn)產(chǎn)線的層層流冷卻卻系統(tǒng)由由上、下下冷卻系系統(tǒng)和側(cè)側(cè)噴吹掃掃系統(tǒng)三三部分組組

33、成。上上部和下下部冷卻卻系統(tǒng)各各分成660個冷冷卻控制制段，每每4個控控制段為為一組，一共15組，前9組用于粗調(diào)，后6組用于精調(diào)。每個冷卻控制段由一個閥門進行冷卻水的開關(guān)控制。上部的每個控制段有兩根常規(guī)U 型層流集管，每根集管上設(shè)有多個鵝頸噴水管；下部的每個控制段有4根帶一定噴射角的直噴集管，每根集管上有11或12個噴嘴。也就是說，上部冷卻系統(tǒng)由120根集管構(gòu)成，下部冷卻系統(tǒng)由240根集管構(gòu)成。側(cè)噴吹掃系統(tǒng)分布在輸出輥道的兩側(cè)，而且交叉分布，共有9個側(cè)噴嘴，其中有2個為高壓氣噴，以吹散霧氣，防止對軋線控制儀表的干擾。層流冷卻的的長度約約為600m，冷冷卻寬度度為17700mmm。系系統(tǒng)同時時配

34、置了了多種調(diào)調(diào)節(jié)閥門門和檢測測儀表,包括手手動調(diào)節(jié)節(jié)閥、氣氣動截止止閥、電電磁流量量計、熱熱金屬檢檢測器、激激光檢測測器、高高溫計、水水溫計、壓壓力計、液液位計等等,用于系系統(tǒng)的信信號檢測測、帶鋼鋼跟蹤及及自動控控制。層層流冷卻卻系統(tǒng)設(shè)設(shè)備布置置原理圖圖如圖2-1所示示，設(shè)備備布置的的實物圖圖1#現(xiàn)場I/O柜2#現(xiàn)場I/O柜軋制方向高溫計T11#現(xiàn)場I/O柜2#現(xiàn)場I/O柜軋制方向高溫計T1側(cè)噴高溫計T2側(cè)噴粗調(diào)第1組手動閥精調(diào)第6組氣動閥F714090mm59400mm操作臺及HMI流量計卷取機冷卻水分配裝置圖2-1 層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備布布置原理理圖圖2-2 層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)設(shè)備布布置實物

35、物圖2.2 層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)的基本本結(jié)構(gòu)層流冷卻系系統(tǒng)由機機械系統(tǒng)統(tǒng)和控制制系統(tǒng)組組成。機機械系統(tǒng)統(tǒng)包括供供水系統(tǒng)統(tǒng)、水處處理系統(tǒng)統(tǒng)、水量量分配系系統(tǒng)、層層流系統(tǒng)統(tǒng)、側(cè)噴噴和前后后吹掃系系統(tǒng)。控控制系統(tǒng)統(tǒng)包括過過程自動動化控制制L2級級、基礎(chǔ)礎(chǔ)自動化化控制LL1級。層流冷卻的策略和控制模型屬于過程自動化控制L2級的范疇。在控制過程中，過程自動化控制L2級對整個冷卻過程進行跟蹤、控制、參數(shù)計算和設(shè)定。其中設(shè)定過程，主要根據(jù)PDI的目標(biāo)參數(shù)、終軋參數(shù)、HMI參數(shù)和設(shè)備參數(shù)為層冷區(qū)的各種生產(chǎn)設(shè)備提供設(shè)定值或設(shè)定方式，并以工藝規(guī)定的時序?qū)⒃O(shè)定結(jié)果傳送給基礎(chǔ)自動化控制L1級。L1級根據(jù)L2級的設(shè)定值和帶

36、鋼跟蹤信息進行集管開閉操作，并為L2級提供測量信號。當(dāng)?shù)谝慌_精精軋機FF1咬鋼鋼時，LL1級給給L2級級發(fā)送事事件信號號，啟動動層流冷冷卻控制制系統(tǒng)的的L2級級作預(yù)設(shè)設(shè)定，LL2級預(yù)預(yù)設(shè)定完完成后，將將設(shè)定結(jié)結(jié)果下達達給L11級，LL1級進進行帶鋼鋼的頭部部跟蹤。當(dāng)當(dāng)判斷帶帶鋼進入入層流冷冷卻區(qū)時時，考慮慮閥門的的開啟延延時，提提前打開開閥門，在在整個帶帶鋼的頭頭部通過過層冷區(qū)區(qū)時，會會依次按按照預(yù)設(shè)設(shè)定的結(jié)結(jié)果開閥閥。同時時，L22級啟動動動態(tài)修修正，修修正由于于終軋速速度、終終軋溫度度和終軋軋厚度對對開閥數(shù)數(shù)的影響響，動態(tài)態(tài)修正計計算是控控制系統(tǒng)統(tǒng)的前饋饋控制；當(dāng)有帶帶鋼段出出層流區(qū)區(qū)的高

37、溫溫計時，LL2級會會進行帶帶鋼段之之間的自自適應(yīng)，對對模型計計算進行行修正，帶帶鋼段之之間的自自適應(yīng)是是控制系系統(tǒng)的反反饋控制制。當(dāng)LL1級的的尾部跟跟蹤程序序跟蹤到到帶鋼的的尾部進進入層冷冷區(qū)時，會會依次關(guān)關(guān)閉閥門門；當(dāng)尾尾部離開開層流區(qū)區(qū)時，LL2級啟啟動帶鋼鋼之間的的自學(xué)習(xí)習(xí)。這樣，整個個層流冷冷卻系統(tǒng)統(tǒng)就形成成了一個個前饋控控制和閉閉環(huán)控制制相結(jié)合合的控制制系統(tǒng)，從從而保證證了控制制系統(tǒng)的的精度。層層流冷卻卻的控制制結(jié)構(gòu)圖圖如圖2-3所示示，基礎(chǔ)礎(chǔ)自動化化L1級級控制器器圖如圖圖2-44，過程程自動化化L2級級服務(wù)器器圖如圖圖2-55所示：閥門開閉延時處理閥門開閉延時處理測量值處理帶

38、鋼段跟蹤動態(tài)設(shè)定頭尾跟蹤預(yù)設(shè)定冷卻模型FThQw、Tw精軋設(shè)定數(shù)據(jù)PDI、工藝參數(shù)自適應(yīng)測量值處理帶鋼段跟蹤Qw、TwCT閉環(huán)控制前饋控制圖2-3 層流流冷卻的的控制結(jié)結(jié)構(gòu)圖圖2-4 基礎(chǔ)自自動化控控制L11級控制制器圖圖2-5 過程程自動化化控制LL2級服服務(wù)器圖圖2.3 本章小小結(jié) 本章首先介介紹了層層流冷卻卻系統(tǒng)的的設(shè)備布布置，并給出出了設(shè)備備布置的的原理圖圖和實物物圖；然然后對層層流冷卻卻系統(tǒng)的的基本結(jié)結(jié)構(gòu)以及及各個結(jié)結(jié)構(gòu)之間間的相互互協(xié)調(diào)關(guān)關(guān)系進行行了描述述，并給給出了層層流冷卻卻控制結(jié)結(jié)構(gòu)圖、基基礎(chǔ)自動動化控制制L1級級控制器器圖和過過程自動動化控制制級L22服務(wù)器器圖。通通過本章

39、章的介紹紹和描述述，對層層流冷卻卻系統(tǒng)有有了整體體上的認(rèn)認(rèn)識。3 層流流冷卻的的控制模模型層流冷卻系系統(tǒng)控制制模型主主要包括括溫降模模型、卷卷取溫度度預(yù)報模模型、預(yù)預(yù)設(shè)定模模型、前前饋控制制模型、反反饋控制制模型、自自學(xué)習(xí)模模型和數(shù)數(shù)據(jù)庫模模型。 3.1 溫降模模型從帶鋼離開開精軋末末機架到到達卷取取測溫計計CT，帶帶鋼依次次處于空空冷區(qū)、水水冷區(qū)和空空冷區(qū)。層流冷冷卻溫降降模型的的計算精精度直接接影響到到卷取溫溫度的控控制精度度，主要要包括空空冷區(qū)溫溫降模型型和水冷冷區(qū)溫降降模型。3.1.11 空冷區(qū)區(qū)溫降模模型在空冷區(qū)，高溫輻射熱量遠遠超過空氣對流熱量，帶鋼主要以輻射的形式散熱，因此，可以

40、只考慮輻射熱量損失，而把其他影響都包括在根據(jù)實測數(shù)據(jù)確定的輻射系數(shù) 中。另外，空冷區(qū)的長度一般都較短，在整個過程中可以用同一個溫度 T 來計算?？绽鋮^(qū)的輻射溫降 Tf 可以按下列公式計算： (3.1)式中 Tf 空冷區(qū)區(qū)溫降，； 軋件件移動時時的溫降降時間， = L/v，s；L 軋件件移動的的距離，m；v 軋件件移動的的速度，m/s； 軋件件的熱輻輻射系數(shù)數(shù)； 斯蒂蒂芬-玻玻爾茲曼曼常數(shù)，5.6710-8W/(m2.k4) ；C 比熱容容，J/( kkg.KK)； 密度，kg/m3；h 軋件的的厚度，m； 3.1.22 水冷冷區(qū)溫降降模型帶鋼的層流流冷卻屬屬于低壓壓噴水冷冷卻，帶帶鋼通過過層流

41、水水時的換換熱是一一種強迫迫對流形形式，主主要是以以對流的的形式散散熱。水水冷區(qū)的的對流溫溫降 Td 可以以按下列列公式計計算： (3.2) 式中 Td 層流流冷卻溫溫降，；To 帶鋼鋼進入水水冷區(qū)的的溫度，； TW 層流冷冷卻水的的溫度，； 對流流換熱系系數(shù)； L 水冷段段長度，m； C 比熱熱容，JJ/( kg.K)； 密度，kg/m3；上述計算中中的關(guān)鍵鍵參數(shù)是是對流換換熱系數(shù)數(shù) 值。它它與冷卻卻水的溫溫度、水水量、帶帶鋼的溫溫度、帶帶鋼的運運行速度度、帶鋼鋼的尺寸寸等一系系列因素素有關(guān)8。為為了使理理論計算算更接近近于生產(chǎn)產(chǎn)實際，必必須對輸輸出輥道道上的冷冷卻情況況進行大大量的統(tǒng)統(tǒng)計，

42、以以便確定定對流換換熱系數(shù)數(shù) 的變化化規(guī)律。因此對流換熱系數(shù)一般是理論公式和實測統(tǒng)計相結(jié)合的綜合統(tǒng)統(tǒng)計模型型。一般般采用下下列回歸歸公式計計算： (3.33)式中 T 帶鋼鋼表面溫溫度，； Q 水流流密度； a0、a1、a2 回歸歸系數(shù)。3.2 卷取溫溫度預(yù)報報模型在層流冷卻卻系統(tǒng)數(shù)數(shù)學(xué)模型型中，卷卷取溫度度預(yù)報模模型是基基礎(chǔ)模型型，也是是其他控控制模型型的關(guān)鍵鍵與核心心，其精精度直接接關(guān)系到到整個冷冷卻控制制系統(tǒng)的的溫度控控制效果果及產(chǎn)品品性能。3.2.11 傳統(tǒng)統(tǒng)卷取溫溫度預(yù)報報模型傳統(tǒng)卷取溫溫度預(yù)報報模型根根據(jù)熱傳傳導(dǎo)的原原理，在在得到精精軋傳送送過來的的帶鋼基基本參數(shù)數(shù)（材質(zhì)質(zhì)、厚度度

43、、溫度度、速度度和目標(biāo)標(biāo)卷取溫溫度等）和和軋制基基本參數(shù)數(shù)后，利利用溫降降模型及及集管開開啟組合合狀態(tài)，進進行卷取取溫度預(yù)預(yù)測。帶帶鋼表面面溫度可可用下列列冷卻時時間函數(shù)數(shù)加以描描述： (33.4)式中 T(t) t 時刻帶帶鋼的平平均溫度度，； T0 冷卻卻區(qū)環(huán)境境溫度，； Ti 終軋軋帶鋼溫溫度，； k 模型型自適應(yīng)應(yīng)系數(shù)； t 帶鋼鋼進過冷冷卻區(qū)的的冷卻時時間，s； p 時間間常數(shù)。用下式表示： (3.55)式中 C 導(dǎo)溫溫系數(shù)； K 帶鋼鋼導(dǎo)熱系系數(shù)； B 水溫溫、水壓壓和帶鋼鋼的熱交交換系數(shù)數(shù)； A1 上噴噴水與帶帶鋼的熱熱交換系系數(shù)； A2 上噴噴水與帶帶鋼的熱熱交換系系數(shù)；h 帶

44、帶鋼厚度度，m。k1、k22 模型型系數(shù)；由上述模型型可見，帶帶鋼通過過冷卻區(qū)區(qū)的溫度度隨時間間的變化化描述為為指數(shù)關(guān)關(guān)系，而而帶鋼厚厚度、帶帶鋼導(dǎo)熱熱、導(dǎo)溫溫特性、冷冷卻區(qū)冷冷卻能力力、水溫溫、水壓壓和帶鋼鋼速度等等對帶鋼鋼溫度指指數(shù)降低低的陡度度產(chǎn)生影影響。但但是，該該模型存存在若干干問題，主主要問題題有：沒沒有考慮慮帶鋼內(nèi)內(nèi)部厚度度方向的的熱傳導(dǎo)導(dǎo)，因此此系統(tǒng)誤誤差較大大，特別別是對于于中厚板，預(yù)預(yù)設(shè)定精精度差；加速度度對模型型影響大大，在加加減速時時，控制制精度差差。3.2.22 基于遺遺傳神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的卷取溫溫度預(yù)報報模型由于傳統(tǒng)卷卷取溫度度預(yù)報模模型的固固有缺陷陷，導(dǎo)致致卷取溫溫度

45、預(yù)報報精度不不高。因因此在傳傳統(tǒng)預(yù)報報模型的的基礎(chǔ)上上，利用用現(xiàn)場采采集的大大量數(shù)據(jù)據(jù)建立了了基于遺遺傳神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的的卷取溫溫度預(yù)報報模型。3.2.22.1 BP神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)BP(Baack Proopaggatiion)意為誤誤差反向向傳播。BP神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是是目前應(yīng)應(yīng)用最廣廣泛的一一種神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它它具有很很強的泛泛化映射射能力，由信息的正向傳播和誤差的反向傳播兩個過程組成。輸入層各神經(jīng)元負(fù)責(zé)接收來自外界的輸入信息，并傳遞給中間層各神經(jīng)元；中間層是內(nèi)部信息處理層，負(fù)責(zé)信息變換，根據(jù)信息變化能力的需求，中間層可以設(shè)計為單隱層或者多隱層結(jié)構(gòu)；最后一個隱層傳遞到輸出層各神經(jīng)元的信息，經(jīng)進一步處理后

46、，完成一次學(xué)習(xí)的正向傳播處理過程，由輸出層向外界輸出信息處理結(jié)果。當(dāng)實際輸出與期望輸出不符時，進入誤差的反向傳播階段。誤差通過輸出層，按誤差梯度下降的方式修正各層權(quán)值，向隱層、輸入層逐層反傳。周而復(fù)始的信息正向傳播和誤差反向傳播過程，是各層權(quán)值不斷調(diào)整的過程，也是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)訓(xùn)練的過程，此過程一直進行到網(wǎng)絡(luò)輸出的誤差減少到可以接受的程度，或者預(yù)先設(shè)定的學(xué)習(xí)次數(shù)為止。BP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)是以以單個神神經(jīng)元為為基礎(chǔ)的的，現(xiàn)在在簡單介介紹一下下單個神神經(jīng)元的的工作原原理。單單個神經(jīng)經(jīng)元模型型如圖33-1所所示：xx1x2xjwi1wi2wiwijyi第i個圖3-1 單個神神經(jīng)元模模型圖對于第 ii 個神經(jīng)

47、經(jīng)元，接接受多個個其他神神經(jīng)元的的輸入信信號xi ，各突突觸強度度以系數(shù)數(shù) wij 表示，這這是第 j 個神經(jīng)經(jīng)元對第第 i 個神經(jīng)經(jīng)元作用用的加權(quán)權(quán)值。利利用某種種運算把把輸入信信號的作作用結(jié)合合起來，給給出它們們的總效效果，稱稱為“凈輸入入”，用 Ii 表示。凈凈輸入的的表達式式有多種種類型，最最簡單的的一種形形式是線線性加權(quán)權(quán)求和，即即Ii = wiij xxi。此作作用引起起神經(jīng)元元 i 的狀態(tài)態(tài)變化，神神經(jīng)元 i 的輸出出 yi 是當(dāng)前前狀態(tài)的的函數(shù)。利利用大量量的神經(jīng)經(jīng)元相互互連接就就構(gòu)成了了神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。需要指出的的是，雖雖然BPP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)得到到了廣泛泛的應(yīng)用用，但是是BP神經(jīng)經(jīng)

48、網(wǎng)絡(luò)也也存在著著收斂速速度慢、容容易陷入入局部最最小、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)構(gòu)的確定定比較困困難等缺缺點。3.2.22.2 遺傳算算法遺傳算法GGA(Gennetiic AAlgooritthm)是一類類借鑒生生物界的的進化規(guī)規(guī)律（適適者生存存，優(yōu)勝勝劣汰遺遺傳機制制）演化化而來的的隨機化化搜索方方法。在在遺傳算算法中，通通過編碼碼組成初初始群體體后，遺遺傳操作作的任務(wù)務(wù)就是對對群體的的個體按按照它們們對環(huán)境境的適應(yīng)應(yīng)度（適適應(yīng)度評評估）施施加一定定的操作作，從從而實現(xiàn)現(xiàn)優(yōu)勝劣劣汰的進進化過程程。從優(yōu)優(yōu)化搜索索的角度度而言，遺遺傳操作作可使問問題的解解，一代代又一代代的優(yōu)化化，并逼逼近最優(yōu)優(yōu)解。遺傳操作包

49、包括以下下三個基基本遺傳傳算子：選擇、交交叉、變變異。選選擇的目目的是把把優(yōu)化的的個體或或解直接接遺傳到到下一代代或通過過配對交交叉產(chǎn)生生新的個個體再遺遺傳到下下一代，它它是建立立在群體體中個體體的適應(yīng)應(yīng)度評估估基礎(chǔ)上上的。交交叉是遺遺傳算法法中起核核心作用用的遺傳傳操作，它它是把兩兩個父代代個體的的部分結(jié)結(jié)構(gòu)加以以替換重重組而生生成新個個體的操操作。變變異算子子是對群群體中的的個體的的碼串隨隨機挑選選一個或或多個基基因座上上的基因因值做變變動的操操作。遺遺傳算法法的過程程如圖33-2所所示：確定實際問題參數(shù)集確定實際問題參數(shù)集對參數(shù)集進行編碼初始化群體P(t)評估群體1.位串解碼的參數(shù)2.計

50、算目標(biāo)函數(shù)值3.函數(shù)值向適應(yīng)值映射4.適應(yīng)值調(diào)整滿足停止規(guī)則YES結(jié)束三個基本算子：1.選擇2.交叉3.變異遺傳操作NO產(chǎn)生新一代群體圖3-2 遺傳算算法的過過程3.2.22.3 基于于遺傳神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的卷取取溫度預(yù)預(yù)報模型型為了克服 BP 神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)存在在的收斂斂速度慢慢、容易易陷入局局部最小小、網(wǎng)絡(luò)絡(luò)結(jié)構(gòu)的的確定比比較困難難等缺點點，一些些最優(yōu)化化方法逐逐漸被用用于對 BP 神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)優(yōu)化計算算中，其其中遺傳傳算法（即即 GA 算法）和和 BP 神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)結(jié)合產(chǎn)生生了遺傳傳神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。由由于遺傳傳算法能能夠收斂斂到全局局最優(yōu)解解，而且且遺傳算算法的魯魯棒性強強（所謂謂魯棒性性，是指

51、指控制系系統(tǒng)在一一定的參參數(shù)攝動動下，維維持某些些性能的的特性），將將遺傳算算法和BBP 神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合合起來有有著重要要的意義義，不僅僅能夠發(fā)發(fā)揮 BP 神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的泛泛化映射射能力，而而且可以以使神經(jīng)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具具有更快快的收斂斂性以及及較強的的學(xué)習(xí)能能力99。其其模型結(jié)結(jié)構(gòu)形式式如圖33-3所所示：GAGA模型適應(yīng)度fBP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)輸出誤差平方和E圖3-3 遺傳神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)模型結(jié)結(jié)構(gòu)BP神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的輸輸入層和和輸出層層是根據(jù)據(jù)使用者者的需求求來設(shè)計計的。本本文設(shè)定定的輸入入層是對對卷取溫溫度有著著主要影影響的因因素和數(shù)數(shù)學(xué)模型型計算的的中間結(jié)結(jié)果，共共包含88個輸入入?yún)?shù)：鋼種、終

52、終軋厚度度、終軋軋速度、終終軋溫度度、粗調(diào)調(diào)開閥數(shù)數(shù)、精調(diào)調(diào)開閥數(shù)數(shù)、冷卻卻水溫和和冷卻模模式；設(shè)設(shè)定的輸輸出層單單元數(shù)為為1，即即帶鋼卷卷取溫度度；隱層層數(shù)為單單隱層，只只對單隱隱層的節(jié)節(jié)點數(shù)進進行尋優(yōu)優(yōu)。隱層層激活函函數(shù)采用用下列的的 loggisttic 函數(shù)： (3.66)式中 a 為函數(shù)數(shù)斜率。網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)學(xué)習(xí)收斂斂速度和和精度與與函數(shù)的的形狀有有密切關(guān)關(guān)系，其其函數(shù)斜斜率 a 的選取取一般也也是根據(jù)據(jù)經(jīng)驗值值取1。設(shè)網(wǎng)絡(luò)的輸輸入層單單元數(shù)、隱隱層單元元數(shù)和輸輸出層單單元數(shù)分分別為 Ni、Nh 和No。由于于隱節(jié)點點個數(shù)不不定，所所以網(wǎng)絡(luò)絡(luò)優(yōu)化時時碼串長長度是可可變的，這這樣會給給遺傳

53、算算子的操操作帶來來不便。為為了保證證交叉和和變異時時子代個個體的完完整性，取取串碼的的最大可可能長度度，即確確定隱節(jié)節(jié)點最大大可能值值 Nhmaax ，本文文取 NNhmaax = 2(NNi + No)。根據(jù)據(jù)實際需需要，令令每一層層神經(jīng)元元只與其其前一層層神經(jīng)元元有連接接，輸入入和輸出出之間沒沒有直接接連接，則則總的連連接權(quán)值值為(NNi + No) NNhmaax。碼串總長度度為L = (Ni + NNo+1) Nhhmaxx + No +22，包括了了網(wǎng)絡(luò)結(jié)結(jié)構(gòu)、隱隱層作用用函數(shù)、連連接權(quán)值值和閾值值的所有有信息。以訓(xùn)練集樣本為遺傳神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入和期望輸出，計算出網(wǎng)絡(luò)輸出和期望輸出的

54、誤差，取其均方差作為目標(biāo)函數(shù)值 J ,則 J 為下式： (3.7)式中 n 遺傳優(yōu)優(yōu)化中第第n個個個體； Numm 輸入入輸出樣樣本對個個數(shù)； m 輸出出層節(jié)點點個數(shù)；yj(k) 第 k 個樣本本輸入時時，第 j 個輸出出節(jié)點的的期望輸輸出； 第 kk 個樣本本輸入時時，第 j 個輸出出節(jié)點的的實際輸輸出；由于遺傳算算法要求求的是極極大值，所所以將極極小值目目標(biāo)函數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)化為為極大值值來處理理，于是是可得到到適應(yīng)度度函數(shù)：(3.8)該式在J(n) Jmmax時時成立，當(dāng)當(dāng)J(nn) Jmaax時，f(nn)=00。式中 Jmmax 進化化過程中中 J(n) 的最大大值； f 個體體的適應(yīng)應(yīng)度函數(shù)

55、數(shù)值。整個過程的的計算框框圖如圖圖3-44所示開始開始群體初始化評價個體計算適應(yīng)度值達到精度要求或進化到最大代數(shù)選擇交叉變異否GA適應(yīng)度最高的個體解碼成BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)訓(xùn)練BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滿足精度要求結(jié)束否是是BP圖3-4 遺傳神神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的計算算框圖3.3 預(yù)設(shè)定定模型當(dāng)?shù)谝慌_精精軋機 F1 咬鋼時時，基礎(chǔ)礎(chǔ)自動化化控制 L1 級給過過程自動動化控制制 L2 級發(fā)送送事件信信號，啟啟動層流流冷卻控控制系統(tǒng)統(tǒng)的 L2 級作預(yù)預(yù)設(shè)定，L2 級的計算機將在卷取溫度預(yù)報模型的基礎(chǔ)上選擇帶鋼的冷卻策略，并根據(jù)精軋末機架設(shè)定的終軋厚度、終軋溫度、終軋速度設(shè)定值以及冷卻策略等參數(shù)應(yīng)用差分模型進行計算，設(shè)定粗調(diào)

56、和精調(diào)所需開啟冷卻集管的組數(shù)（冷卻水段數(shù)），控制好目標(biāo)卷取溫度和冷卻速度，保證帶鋼性能，然后將上述預(yù)設(shè)定結(jié)果傳送給基礎(chǔ)自動化控制級 L1級的計算機進行預(yù)設(shè)定控制。預(yù)設(shè)定模型型需要進進行冷卻卻能力校校核，分分為最大大冷卻能能力校核核和最小小能力校校核。最最大冷卻卻能力校校核是以以PDII（原始始數(shù)據(jù)輸輸入模型型）的稀稀疏模式式檢查冷冷卻能力力，如果果最大冷冷卻能力力不足，則則把稀疏疏模式進進行提升升，如果果提升后后冷卻能能力還不不夠，則則把所有有閥門都都開啟，并并且報警警；最小小冷卻能能力校核核是把所所有閥門門都關(guān)閉閉，如果果此時卷卷取溫度度偏低，說說明來料料的溫度度偏低，需需要報警警。預(yù)設(shè)設(shè)定

57、模型型的流程程圖如圖圖3-55所示：開始開始模型計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)備最大能力校核判斷提升冷卻稀疏模式NOOK最小能力校核判斷OK報警開閥數(shù)設(shè)定計算啟動CSM結(jié)束圖3-5 預(yù)設(shè)定定模型流流程圖確切地說，水水冷區(qū)冷冷卻水段段數(shù)按照照溫降模模型來計計算只能能認(rèn)為是是一種理理想情況況下的靜靜態(tài)數(shù)學(xué)學(xué)模型。由由于帶鋼鋼在穿越越層流冷冷卻區(qū)時時通常是是變速前前進，而而在影響響帶鋼冷冷卻強度度的諸多多因素中中，帶鋼鋼速度又又最為活活躍110。因因此，冷冷卻水段段數(shù)的計計算只是是針對帶帶鋼上某某一點的的，于是是必須對對帶鋼進進行跟蹤蹤，適時時開啟水水閥，使使得對該該點來說說，是在在 N 個水冷冷段的作作用下穿穿越層流

58、流冷卻區(qū)區(qū)的，而而對其他他點來說說，由于于變速運運動導(dǎo)致致通過層層流冷卻卻區(qū)所用用時間不不同，對對應(yīng)的冷冷卻水段段就可能能不是 N。由以上可知知，冷卻卻水段數(shù)數(shù) N 的計算算比較復(fù)復(fù)雜，因此，在在實際的的控制過過程中，往往往將帶帶鋼厚度度細(xì)分成成若干個個規(guī)格，對對各個規(guī)規(guī)格分別別用統(tǒng)計計的方法法確定一一組系數(shù)數(shù)，并用用一個線線性方程程來表征征冷卻水水段數(shù) N 與有關(guān)關(guān)工藝系系數(shù)之間間的關(guān)系系，即 (3.99)在實際應(yīng)用用中，下下面的統(tǒng)統(tǒng)計模型型的效果果較好，在在我國大大部分帶帶鋼熱連連軋生產(chǎn)產(chǎn)線上都都得到了了應(yīng)用。該該方程為為 (33.100)式中 N 冷卻卻噴水段段數(shù)目 Pi 標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)條件（v

59、 = vs ，TFC=TFS ，TCA=TCAS）下預(yù)設(shè)定噴水段數(shù)； Ri 帶鋼鋼速度影影響系數(shù)數(shù)； v 帶鋼鋼終軋實實測速度度，m/s； vs 帶鋼終終軋設(shè)定定速度，mm/s； a1 終軋軋速度變變化對卷卷取溫度度的影響響系數(shù)； TTFC 帶鋼終終軋實測測溫度，； TTFS 帶鋼終終軋設(shè)定定溫度，； TTCA 卷取目標(biāo)標(biāo)溫度，； TTCASS 卷取標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)溫度度，； Q 綜合合傳熱系系數(shù)； h 帶材材實測厚厚度，mm；a2 水溫補補償系數(shù)數(shù)。3.4 前饋控控制模型型在帶鋼熱連連軋生產(chǎn)產(chǎn)線上，精精軋末機機架與層層流冷卻卻系統(tǒng)的的第一組組集管之之間的距距離一般般為 10m 左右，當(dāng)當(dāng)帶鋼出出精軋末

60、機機架后，層層流冷卻卻系統(tǒng)將將根據(jù)所所測的的的帶鋼出出口速度度、終軋軋溫度、冷冷卻水溫溫以及帶帶鋼厚度度，通過過數(shù)學(xué)模模型計算算，決定定集管噴噴嘴開啟啟和關(guān)閉閉的位置置、數(shù)量量和組態(tài)態(tài)。并連連續(xù)檢測測第 6 臺精軋軋機架 F6 的出口口速度、溫溫度、厚厚度、冷冷卻水溫溫的變化化，從而而不斷地地通過改改變冷卻卻集管的的開啟和和關(guān)閉的的數(shù)量，來來預(yù)先進進行卷取取溫度的的控制。前前饋控制制冷卻水水段數(shù)采采用下列列公式計計算： (33.111)式中 NFFF 前饋饋控制冷冷卻噴水段數(shù)數(shù)； TFA 終軋軋溫度目目標(biāo)值，； T 轉(zhuǎn)移控控制所需需要的溫溫度修正正值，。 其實，前前饋控制制模型是是在預(yù)設(shè)設(shè)定模