基于数据相似性的铝热连轧轧制力模型自学习.pdf
基于数据相似性的铝热连轧轧制力模型自学习 ① 孙 浩1, 杨景明1, 呼子宇1, 杨姗姗2, 车海军1, 李永泽3 (1.燕山大学 工业计算机控制工程河北省重点实验室,河北 秦皇岛 066004; 2.河北联合大学 迁安学院, 河北 迁安 064400; 3.烟台冰轮股份有限公 司, 山东 烟台 264000) 摘 要 针对铝热连轧中轧制力预报精度低、模型自适应能力差的问题,提出了基于数据相似性的自学习方法,该方法首先计算第 i 卷和第 i+1 卷轧制初始数据的相似程度,然后以第 i 卷的实测轧制力为自学习目标,将两卷带材的相似程度作为自学习系数的修正 因子来对轧制力模型进行自学习运算。 以河南某 1+4 铝热连轧机为实验对象,通过对现场实测数据的分析表明本方法能有效提 高轧制力预报精度,满足在线控制要求。 关键词 铝热连轧; 轧制力模型; 自学习; 数据相似性 中图分类号 TG339文献标识码 Adoi10.3969/ j.issn.0253-6099.2015.03.034 文章编号 0253-6099(2015)03-0127-04 Rolling Force Model Self⁃learning Based on Data Similarity in Aluminum Hot Rolling SUN Hao1, YANG Jing⁃ming1, HU Zi⁃yu1, YANG Shan⁃shan2, CHE Hai⁃jun1, LI Yong⁃ze3 (1.Key Lab of Industrial Computer Control Engineering of Hebei Province, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, Hebei, China; 2.Qian′an College, Hebei United University, Qian′an 064400, Hebei, China; 3.Yantai Moon Co Ltd, Yantai 264000, Shandong, China) Abstract A self⁃learning algorithm based on data similarity is proposed to solve the problem of low forecast accuracy and poor self⁃adapting capacity of rolling force model in aluminum hot rolling. First, the similarity between the initial rolling data of the ith and the (i+1)th rolls is calculated. Then, with the measured rolling force as a self⁃learning target, the similarity is used as a modifying factor for the self⁃learning coefficient to do self⁃learning calculations of the model. With a 1+4 aluminum hot mill in Henan as an object for study, the analysis of the actual field measurement shows that this method can effectively improve the forecast accuracy of rolling force and meet the requirements for online control. Key words aluminum hot rolling; rolling force model; self⁃learning; data similarity 1+4 铝热连轧机由一台可逆式热粗轧机及四机架 热精轧机组成。 首先热坯料在可逆式热粗轧机上往复 轧制,然后通过输送辊道进入后面串联的四机架热精 轧机组,轧至需要的厚度,最后卷取成带坯[1-2]。 目前市场对各种铝合金的需求量不断加大,且对 铝合金板材质量有越来越严格的要求,提高热轧板材 质量至关重要。 轧制力模型在铝热连轧轧制规程的设 定中具有重要作用,是厚度控制及板形设定的基础,所 以提高轧制力预报精度显得尤为重要[3-4]。 本文以提高铝热连轧轧制力模型精度为目标,提 出了一种基于数据相似性的轧制力模型自学习方法。 该方法已在河南某厂 2 000 mm 铝热连轧机组得到验 证,取得了良好的应用效果。 1 数学模型 目前普遍公认,基于 OROWAN 变形区力学平衡 理论的 SIMS 公式是最适合作为热轧轧制力模型的理 论公式[5],SIMS 公式的基本形式为 P = Bl′ cQPKKT (1) 式中 P 为轧制力,kN;l′ c为考虑压扁后的轧辊与轧件接 触弧的水平投影长度,mm;QP为考虑接触弧上摩擦力 造成应力状态的影响系数;K 是取决于金属材料化学 成分以及变形温度、变形速度、变形程度的金属变形阻 力,MPa;KT为前后张应力对轧制力的影响系数,MPa; ①收稿日期 2014-12-04 基金项目 国家自然科学基金钢铁联合基金重点项目(U1260203);河北省高等学校创新团队领军人才培育计划(LJRC013);国家冷轧板带 装备及工艺工程技术研究中心开放课题资助(2012005) 作者简介 孙 浩(1985-),男,河北廊坊人,博士研究生,主要从事轧制过程建模、智能优化算法研究。 第 35 卷第 3 期 2015 年 06 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.35 №3 June 2015 B 为带宽,m。 在轧制力模型中采用以下公式计算压扁半径 R′ 及压扁接触弧的水平投影长度 l′ c R′ = R 1 + 16P(1 - VR) πEBΔh (2) l′ c =R′Δh(3) Δh = hin - h out (4) 式中 VR为泊松系数,一般取 VR= 0.3;E 为弹性模量, 一般取 E=2.1105MPa;B 为铝材宽度,m;hin为入口 厚度,mm;hout为出口厚度,mm。 由式(1) ~(4)可知,轧制力公式和压扁半径公式 之间是相互包含的关系,必须通过迭代计算才能计算 出真正轧制力,其计算流程如图 1 所示。 2; AR′0 βn1 1- βnβn BD46 BD. n12 *;;2 n12 *;;2 n2 *;;2 * Pn1Pn1 βn1 r12 βn1 ** * βn1Pn1 Pn1 * βn1 βn1 Pn1 Pn1 ′ ′ 图 3 自适应系数计算流程 3 算例分析 为验证基于数据相似性的轧制力模型自学习方法 的有效性,以河南某 1+4 铝热连轧机精轧机组为实验 对象,对现场 2 000 卷实测轧制数据进行验证计算,分 别将不采用模型自学习与采用模型自学习时的轧制力 模型预测值与实测值进行对比。 利用相同的实测轧制过程数据,无模型自学习的 结果见图 4 和图 5,采用模型自学习的结果见图 6 和 图 7。 图 4 和图 6 中 3 条斜线分别代表+5%,0%和 -5%的预测误差控制线。 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 ;DT BDT -5 0 5 图 4 无自学习实测值和预测值比较 200 160 120 80 40 0 , 2; 图 5 无自学习预测误差百分比 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 ;DT BDT -5 0 5 图 6 有自学习实测值和预测值比较 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 , 2; 图 7 有自学习预测误差百分比 由图 4 和图 5 可知,大部分预测值的预报精度达 921第 3 期孙 浩等 基于数据相似性的铝热连轧轧制力模型自学习 到了5%,且预报精度主要集中于-4% ~ 6%。 对比 图 6 和图 7 可以明显看出,加入自学习后,预报精度有 了明显提高,达到了-3% ~3%,且精度在-1%~0%区 间所占比重最大。 可见基于数据相似性的轧制力模型自学习算法显 著提高了轧制力的设定精度,满足在线控制要求。 4 结 论 基于数据相似性的轧制力模型自学习算法,根据 前后两卷带材的特征信息,分析两者的相似程度,以此 来动态修正自学习系数,没有繁复的迭代计算,算法速 度快,精度高。 在河南某 1+4 铝热连轧机的实测轧制 过程数据的基础上进行了实验验证,能满足在线控制 速度和精度的要求。 参考文献 [1] 张新明. 铝热连轧原理与技术[M]. 长沙中南大学出版社,2011. 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