专利名称：确定冷轧带钢卷取半径的方法
技术领域：
本发明涉及冷轧带钢领域，尤其涉及一种确定冷轧带钢卷取半径的方法。
背景技术：
板形质量是衡量冷轧带钢产品的主要技术指标之一，贯穿于带钢生产的全过程。 为了提高板形控制的质量和精度，先进的冷轧带钢生产线通常会在轧机出口处配备板形仪进行带钢板形的在线测量，然后将测量结果反馈到板形控制系统，完成整个系统的板形闭环控制功能。实际生产中，由于冷轧之后带钢产品通常带有一定凸度，造成带钢卷取之后形成卷凸度，致使带卷外半径沿带钢横向不等，最终导致带钢松紧程度发生变化，产生附加应力而使得带钢张应力横向分布发生变化，进而影响板形仪对板形检测的真实性，间接造成了板形控制效果的变差。因此，为了进一步提高板形控制系统的控制精度，就必须对这种造成板形测量数据误差的卷形干扰因素给予有效的补偿。由国内外相关文献可知，板形控制系统对板形测量数据进行卷形干扰因素补偿的关键是能否准确和及时的获得带钢卷取外半径值。带钢卷取时是受到外部张力作用的，层层直接存在压应力的相互作用，并且带卷外半径与压应力之间存在复杂的耦合关系。国内燕山大学连家创教授等通过考虑钢卷径向紧密系数沿径向变化的特性，建立了一种带钢卷取耦合计算模型，在这个数学模型中，带钢卷取外半径、层间径向压力之间存在着相互耦合的复杂数学关系，这也使得这个模型的准确求解变得相当困难。文献“逐层迭代法计算卷取机卷筒单位压力，《重型机械》，连家创等，2001，(6) :30-33”提出了一种逐层迭代计算方法 首先通过假设卷取内部各层间位移和位移变化增量均为零，然后计算出对应的层间径向压应力P1，再利用层间径向压力计算卷取内部各层间位移及位移变化增量，利用层间径向压力计算卷取内部各层间位移及位移变化增量重新计算层间径向压应力P2，以上述计算过程前后两次计算得到的层间径向压应力Pl和P2之间的偏差作为衡量指标函数，若衡量指标函数小于某一设定值则认为求解收敛，否则令Pl = P2，按照上述步骤重新计算，直到得到满意的计算结果为止。值得注意的是，上述传统的逐层迭代法对于解的初始值具有很大的依赖性，在求解耦合模型问题时会遇到计算结果不收敛的棘手问题，这也大大降低了该方法的应用价值和现实意义。另一方面，智能优化方法在最近十几年里已经得到了长足的发展，被广泛应用于工程技术领域。与传统的计算方法不同，智能优化方法通过模拟和学习人工智能，有效的克服了复杂计算问题求解结果不收敛或者容易陷入局部最优点等问题，已经成为解决传统工程技术问题的有效工具。为了解决传统的逐层迭代方法在计算冷轧带钢卷取半径时会遇到计算结果不收敛的技术难题，本发明通过调整带钢卷取耦合模型各物理量间的求解顺序，引入粒子群 (PSO)优化算法进行耦合计算问题的求解，成功避免了计算过程陷入局部最优点或者发散现象的发生；此外，将离线优化计算得到的钢卷卷取半径数据存入板形计算机数据库中，当板形控制系统投入在线运行后可以通过数据库查询的方法实时地为后续带钢卷形补偿模块提供高精度的即时性钢卷半径数据，完成板形控制系统中较为关键的卷形补偿功能，为提高冷轧带钢产品板形质量提高保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种确定冷轧带钢卷取半径的方法，以解决传统的逐层迭代计算方法经常遇到计算结果不收敛的技术问题。本发明解决其技术问题采用的技术方案是包括离线优化计算环节和在线应用环节两个部分。其中离线优化计算环节是通过调整带钢卷取耦合模型各物理量间的求解顺序，引入粒子群优化算法进行耦合计算问题的求解，以避免计算过程陷入局部最优点或者发散现象的发生；在线应用环节的实施过程中，是将离线优化计算环节所得到的钢卷卷取半径数据存入板形计算机数据库中，当板形控制系统投入在线运行后可以通过数据库查询的方法实时地为后续带钢卷形补偿模块提供高精度的即时性钢卷半径数据，完成板形控制系统中较为关键的卷形补偿功能。所述的离线优化计算环节可以包括以下步骤(1)收集冷轧带钢卷取半径计算的相关工艺参数该相关工艺参数包括冷轧带钢的材料弹性模量、冷轧带钢泊松比、冷轧带钢接触表面不平度最大值、冷轧带钢宽度、板形仪测量辊的各测量段尺寸大小、冷轧带钢横向厚度分布、冷轧带钢卷取张力分布；(2)确定条元个数依据带钢宽度和板形仪测量辊的各测量段尺寸大小来确定出条元个数，具体是 将带钢中心线与板形仪测量辊中心线对齐，每一个被带钢完全覆盖的板形仪测量段为一个计算条元，两侧未被完全覆盖的测量段则依据覆盖率大小进行取舍，取舍规则为若覆盖率大于临界覆盖率时该测量段作为一个计算条元，否则舍去该测量段；(3)获取冷轧带钢卷取半径数据完成离线优化计算环节，计算动态逐层卷取过程中产生的冷轧带钢卷取半径数据。在上述步骤O)中，应由操作人员来设定临界覆盖率，该临界覆盖率为> 50%。在上述步骤O)中，在带钢厚度分布和张应力分布均沿带钢中心线对称时，只选取带钢中心线一侧的计算条元进行计算，此时另外一侧的计算结果与本侧计算结果呈对称相等关系。在上述步骤(3)中，可以采用以下方法获取冷轧带钢卷取半径数据步骤1 令j = 1，即从第i个条元卷取第一层开始进行卷取半径的动态逐层计算。步骤2 依据带卷层间径向压应力大致分布规律随机生成η组带卷层间径向压应力Pu,」，其中每一组的Pu, j的生成规则为Pijkjj = Pijkjj^cXrand式中Pi j ^ = 0 ；若j = 1时有，k = 1，2，Λ，j ;c为随机数补偿系数；rand为
区间上的一维随机数生成函数。步骤3 依据得到的η组Pi,μ，分别利用以下数学公式来计算η组Δ Ui,k,」和ri,k,
权利要求
1.一种确定冷轧带钢卷取半径的方法，其特征是包括离线优化计算环节和在线应用环节两个部分，其中离线优化计算环节是通过调整带钢卷取耦合模型各物理量间的求解顺序，引入粒子群优化算法进行耦合计算问题的求解，以避免计算过程陷入局部最优点或者发散现象的发生；在线应用环节的实施过程中，是将离线优化计算环节所得到的钢卷卷取半径数据存入板形计算机数据库中，当板形控制系统投入在线运行后可以通过数据库查询的方法实时地为后续带钢卷形补偿模块提供高精度的即时性钢卷半径数据，完成板形控制系统中较为关键的卷形补偿功能。
2.根据权利要求1所述的确定冷轧带钢卷取半径的方法，其特征在于离线优化计算环节包括以下步骤(1)收集冷轧带钢卷取半径计算的相关工艺参数该相关工艺参数包括冷轧带钢的材料弹性模量、冷轧带钢泊松比、冷轧带钢接触表面不平度最大值、冷轧带钢宽度、板形仪测量辊的各测量段尺寸大小、冷轧带钢横向厚度分布、冷轧带钢卷取张力分布；(2)确定条元个数依据带钢宽度和板形仪测量辊的各测量段尺寸大小来确定出条元个数，具体是将带钢中心线与板形仪测量辊中心线对齐，每一个被带钢完全覆盖的板形仪测量段为一个计算条元，两侧未被完全覆盖的测量段则依据覆盖率大小进行取舍，取舍规则为若覆盖率大于临界覆盖率时该测量段作为一个计算条元，否则舍去该测量段；(3)获取冷轧带钢卷取半径数据完成离线优化计算环节，计算动态逐层卷取过程中产生的冷轧带钢卷取半径数据。
3.根据权利要求2所述的确定冷轧带钢卷取半径的方法，其特征是在步骤(2)中，应由操作人员来设定临界覆盖率，该临界覆盖率为> 50%。
4.根据权利要求2所述的确定冷轧带钢卷取半径的方法，其特征是步骤(2)中，在带钢厚度分布和张应力分布均沿带钢中心线对称时，只选取带钢中心线一侧的计算条元进行计算，此时另外一侧的计算结果与本侧计算结果呈对称相等关系。
5.根据权利要求2所述的确定冷轧带钢卷取半径的方法，其特征是步骤C3)中，采用以下方法获取冷轧带钢卷取半径数据步骤1 令j = 1，即从第i个条元卷取第一层开始进行卷取半径的动态逐层计算；步骤2 依据带卷层间径向压应力大致分布规律随机生成η组带卷层间径向压应力Pi, k,j，其中每一组的Pi^的生成规则为Pi.k.j = Pi.k.j-i+cXrand式中=Piij^ = 0 ；若j = 1时有，k = 1,2, Λ，j ；c为随机数补偿系数；rand为
区间上的一维随机数生成函数；步骤3 依据得到的η组Pi,μ，分别利用以下数学公式来计算η组Aui,k,」和巧,^ f \0.8 δ \ F \
6.根据权利要求5所述的确定冷轧带钢卷取半径的方法，其特征是步骤6中，若J不等于N，则令j = j+1，并转到步骤2继续计算。
全文摘要
本发明提供的确定冷轧带钢卷取半径的方法，包括离线优化计算环节和在线应用环节，其中离线优化计算环节是通过调整带钢卷取耦合模型各物理量间的求解顺序，引入粒子群优化算法进行耦合计算问题的求解，以避免计算过程陷入局部最优点或者发散现象的发生；在线应用环节的实施过程中，是将离线优化计算环节所得到的钢卷卷取半径数据存入板形计算机数据库中，当板形控制系统投入在线运行后通过数据库查询的方法实时地为后续带钢卷形补偿模块提供高精度的即时性钢卷半径数据，完成板形控制系统中较为关键的卷形补偿功能。本发明避免了计算过程陷入局部最优点或者发散现象的发生，为提高冷轧带钢板形控制精度提高了保证，可以带来可观的经济效益。
文档编号B21B37/28GK102527736SQ20121000240
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月6日 优先权日2012年1月6日
发明者解相朋, 赵菁 申请人:中冶南方工程技术有限公司