通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法技术

本发明专利技术公开了通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法，包括：获取带钢PDI参数、轧机设备参数、轧制工艺参数；根据带钢PDI参数和各道次的最大压下率，确定轧制所需最小道次数作为初始道次数；求得使轧制规程多目标函数值最小时的各道次出口厚度和出口单位张力；若超过最大轧制道次数，则确定最优的轧制规程，否则重新求得使轧制规程多目标函数值最小时的各道次出口厚度和出口单位张力，本发明专利技术综合考虑生产效率和产品质量，建立轧制力、板形、电机功率、压下率、张力等单目标函数，建立基于罚函数的多目标函数，并采用单纯形算法求解目标函数获得各道次的出入口厚度和张力；充分发挥设备能力达到提高生产效率、改善产品质量目的。产品质量目的。产品质量目的。

【技术实现步骤摘要】
通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法


[0001]本专利技术涉及多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法，属于板带轧制


技术介绍

[0002]轧制规程的制定是冷轧工艺研究的重要内容，它直接关系着轧机的产量、生产成本和产品质量，合理的轧制规程是轧钢生产规范化、科学化的首要问题，也是轧钢工作者长期研究探索的问题之一。制定合理的轧制规程不仅有利于充分挖掘设备潜能、提高产量，降低生产成本，保证设备长期可靠稳定运行，而且有利于提高产品的板形质量和板厚精度。一般来说，合理的轧制规程能使轧机的产量高、产品质量好、各种能耗(包括功率消耗、介质消耗、轧辊消耗等)少。反之，如果轧制规程不合理，则会导致生产过程不顺利，影响到轧机的产量和产品的质量，甚至造成无法正常生产。由此可见，研究适于在线使用的轧制规程的优化方法具有重要的现实意义。
[0003]对于单机架可逆冷轧机而言，制定轧制规程包括：轧制道次、道次压下率、前后张力和轧制速度的确定。目前，制定单机架可逆冷轧轧制规程主要是通过经验法或负荷比例分配系数法。按照负荷成比例确定负荷分配的方法需要制定一套按照钢种和带钢规格层别进行划分的负荷分配系数，这些系数是在大量生产实践中获得的经验值，制定和优化负荷分配系数是一个长期的过程。同时，由于负荷分配数据一旦确定后，对于各钢种和规格而言，张力规程、厚度分配、轧制力分布、力矩分布、速度分布以及电机功率分布也被确定下来，因此无法实现轧制规程的在线优化。
[0004]与冷连轧机相比，研究人员对单机架可逆冷轧机轧制规程优化的研究和工程实践的关注度明显不足。近年来，国内外学者提出了基于相关算法的单机架轧制规程优化方法，如能耗最小目标法、相对等负荷轧制目标、综合等负荷函数目标、最优板形目标法及预防打滑目标等。但是，这些方法大多只考虑厚度分配问题，优化时轧制道次为固定的，并且未考虑速度制度和张力制度的优化；同时，采用的优化算法计算时间比较长，不适于在线使用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法，包括：
[0008]步骤1、获取带钢PDI参数、轧机设备参数、轧制工艺参数；
[0009]带钢PDI参数包括：带钢钢种、带钢来料厚度、带钢成品厚度、带钢宽度；
[0010]轧机设备参数包括：上下工作辊辊径、主电机额定功率、工作辊最大转速、最大轧制力；
[0011]轧制工艺参数包括：开卷单位张力、成品道次的卷取单位张力、最大轧制道次数、
各道次的最大压下率、各道次的最小压下率、最大开卷速度、各道次的最大轧制速度；
[0012]步骤2、根据带钢PDI参数和各道次的最大压下率，确定轧制所需最小道次数作为初始道次数；
[0013]步骤3、在给定的当前道次数下，采用单纯形优化算法求得使轧制规程多目标函数值最小时的各道次出口厚度和出口单位张力；所述轧制规程多目标函数综合考虑了5个目标项：轧制力均衡并满足轧制力限幅、轧制力设定值能维持最优板形、各道次的电机功率相对均衡并满足电机功率限幅、各道次的压下率尽可能接近给定压下率并满足压下率限幅、各道次的张力设定值满足张力限幅；
[0014]步骤4、判断当前道次数是否超过最大轧制道次数，是，则执行步骤6，否则，执行步骤5；
[0015]步骤5、若当前单机架可逆冷轧机允许采用奇偶道次轧制，则对当前道次数加1作为新的道次数，返回步骤3；若当前单机架可逆冷轧机只能采用奇数道次轧制，则对当前道次数加2作为新的道次数，返回步骤3；
[0016]步骤6、根据步骤3中的目标函数值确定最优的轧制规程，当目标函数值最小时的道次数及各道次出口厚度和出口单位张力即为最优的单机架可逆冷轧机轧制规程。
[0017]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤2中确定轧制所需最小道次数的方法是：从道次数为1开始计算得到满足下式的道次数N，即轧制所需最小道次数：
[0018]H0(1
‑
r
max，1
)(1
‑
r
max，2
)
…
(1
‑
r
max，i
)
…
(1
‑
r
max，N
)≤h，
[0019]式中，H0为带钢来料厚度；h为带钢成品厚度；r
max，i
为第i道次的最大压下率。此时所求道次数为最小道次数，若单机架可逆冷轧机只能采用奇数道次轧制时，且按上式所求N为偶数时，则令N＝N+1。
[0020]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤3具体按如下步骤进行：
[0021]步骤3
‑
1、根据单机架可逆冷轧机的工艺需求和设备限制，确定轧制规程目标函数的优化变量为除成品道次外的各道次的出口厚度和出口单位张力；建立轧制规程多目标函数，该多目标综合考虑了5个方面：轧制力均衡并满足轧制力限幅、轧制力设定值能维持最优板形、各道次的电机功率相对均衡并满足电机功率限幅、各道次的压下率尽可能接近给定压下率并满足压下率限幅、各道次的张力设定值满足张力限幅；
[0022]步骤3
‑
2、基于给定的当前道次数，确定轧制规程目标函数的优化变量的初始值，即确定除成品道次外的各道次的出口厚度初始值和出口单位张力初始值；
[0023]步骤3
‑
3、根据电机转速限制和工艺限制条件，确定各道次的初始轧制速度设定值；
[0024]步骤3
‑
4、采用Nelder
‑
Mead单纯形算法，搜索使总目标函数值最小的各道次出口厚度和出口单位张力。
[0025]本专利技术技术方案的进一步改进在于：所述步骤3
‑
1具体按如下步骤进行：
[0026]步骤3
‑1‑
1、建立轧制力均衡目标函数，以各道次轧制力设定值保持均衡并满足轧机设备所要求的轧制力限幅为目标；
[0027]步骤3
‑1‑
2、建立考虑板形的轧制力目标函数，以各道次轧制力设定值能维持最优板形并满足轧制力限幅为目标；
[0028]步骤3
‑1‑
3、建立电机功率均衡目标函数，以各道次的电机功率相对均衡并满足电
机功率限幅为目标；
[0029]步骤3
‑1‑
4、建立压下率目标函数，以各道次的压下量设定值尽可能接近给定压下率设定的压下量并满足压下率限幅为目标；
[0030]步骤3
‑1‑
5、建立张力目标函数，以各道次的张力设定值满足张力限幅为目标；
[0031]步骤3
‑1‑
6、在建立轧制力均衡目标函数、考虑板形的轧制力目标函数、电机功率目标函数、压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法，其特征在于：包括：步骤1、获取带钢PDI参数、轧机设备参数、轧制工艺参数；带钢PDI参数包括：带钢钢种、带钢来料厚度、带钢成品厚度、带钢宽度；轧机设备参数包括：上下工作辊辊径、主电机额定功率、工作辊最大转速、最大轧制力；轧制工艺参数包括：开卷单位张力、成品道次的卷取单位张力、最大轧制道次数、各道次的最大压下率、各道次的最小压下率、最大开卷速度、各道次的最大轧制速度；步骤2、根据带钢PDI参数和各道次的最大压下率，确定轧制所需最小道次数作为初始道次数；步骤3、在给定的当前道次数下，采用单纯形优化算法求得使轧制规程多目标函数值最小时的各道次出口厚度和出口单位张力；所述轧制规程多目标函数综合考虑了5个目标项：轧制力均衡并满足轧制力限幅、轧制力设定值能维持最优板形、各道次的电机功率相对均衡并满足电机功率限幅、各道次的压下率尽可能接近给定压下率并满足压下率限幅、各道次的张力设定值满足张力限幅；步骤4、判断当前道次数是否超过最大轧制道次数，是，则执行步骤6，否则，执行步骤5；步骤5、若当前单机架可逆冷轧机允许采用奇偶道次轧制，则对当前道次数加1作为新的道次数，返回步骤3；若当前单机架可逆冷轧机只能采用奇数道次轧制，则对当前道次数加2作为新的道次数，返回步骤3；步骤6、根据步骤3中的目标函数值确定最优的轧制规程，当目标函数值最小时的道次数及各道次出口厚度和出口单位张力即为最优的单机架可逆冷轧机轧制规程。2.根据权利要求1所述的通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法，其特征在于：所述步骤2中确定轧制所需最小道次数的方法是：从道次数为1开始计算得到满足下式的道次数N，即轧制所需最小道次数：H0(1
‑
r
max,1
)(1
‑
r
max,2
)
…
(1
‑
r
max,i
)
…
(1
‑
r
max,N
)≤h,式中，H0为带钢来料厚度；h为带钢成品厚度；r
max,i
为第i道次的最大压下率。此时所求道次数为最小道次数，若单机架可逆冷轧机只能采用奇数道次轧制时，且按上式所求N为偶数时，则令N＝N+1。3.根据权利要求1所述的通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法，其特征在于：所述步骤3具体按如下步骤进行：步骤3
‑
1、根据单机架可逆冷轧机的工艺需求和设备限制，确定轧制规程目标函数的优化变量为除成品道次外的各道次的出口厚度和出口单位张力；建立轧制规程多目标函数，该多目标综合考虑了5个方面：轧制力均衡并满足轧制力限幅、轧制力设定值能维持最优板形、各道次的电机功率相对均衡并满足电机功率限幅、各道次的压下率尽可能接近给定压下率并满足压下率限幅、各道次的张力设定值满足张力限幅；步骤3
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2、基于给定的当前道次数，确定轧制规程目标函数的优化变量的初始值，即确定除成品道次外的各道次的出口厚度初始值和出口单位张力初始值；步骤3
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3、根据电机转速限制和工艺限制条件，确定各道次的初始轧制速度设定值；步骤3
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4、采用Nelder
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Mead单纯形算法，搜索使总目标函数值最小的各道次出口厚度和出口单位张力。4.根据权利要求3所述的通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法，其
特征在于：所述步骤3
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1具体按如下步骤进行：步骤3
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1、建立轧制力均衡目标函数，以各道次轧制力设定值保持均衡并满足轧机设备所要求的轧制力限幅为目标；步骤3
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈树宗，白佳丽，华长春，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：