收藏本站
《东北大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

热轧带钢层流冷却过程建模与控制方法研究

片锦香  
【摘要】:层流冷却工艺是现代钢铁工业中通过轧后强制水冷来改善带钢的组织性能,提高带钢质量和产量的过程。层流冷却控制系统通过控制喷水集管阀门的开闭状态控制冷却水量,使带钢从终轧机出口带钢温度(800~900℃)冷却到工艺要求的卷取温度(550~700℃)。层流冷却是影响热轧带钢组织性能的关键工序之一,而冷却后的卷取温度是决定成品带钢加工性能、力学性能的重要参数之一,卷取温度过低或者过高都将降低带钢质量。 冷却过程传热机理复杂、水冷换热系数、热导率等具有随工况条件的变化而非线性变化的特性,难以建立精确的层流冷却过程模型。现有的层流冷却模型只描述了在单个冷却单元下的冷却动态过程,不能直接计算带钢卷取温度,且水冷换热系数和热导率的选择忽略了变化工况对关键参数的影响,导致现有层流冷却模型精度较低。 因受冷却过程中高温水汽的影响,冷却区中难以逐点对运行状态的热轧带钢温度进行连续检测,且冷却水量与带钢卷取温度之间的关系具有复杂的非线性特性,现有的基于表格查询和带钢温度模型的控制方法受限于表格的规模和带钢温度模型精度,不能适应变化频繁的工况条件,导致卷取温度控制精度较低。 本文依托973项目(No.2002CB312200)“复杂生产制造过程实时、智能优化与控制理论和方法研究”,针对热轧带钢层流冷却过程建模和控制中存在的问题,以提高带钢卷取温度控制精度为目标,开展了热轧带钢层流冷却过程的建模和控制方法的研究。具体研究工作包括: 1.提出了由冷却单元阀门开闭状态模型、任意段带钢所处冷却单元位置计算模型、冷却单元下的冷却过程动态模型切换机制、冷却单元下的带钢上表面温度模型组成的带钢卷取温度模型。其中冷却单元阀门开闭状态模型根据喷水控制系统给出的喷水集管阀门开启总数、上下起始阀门开启位置和喷水模式确定每段带钢经过各冷却单元时对应的喷水控制阀门开闭状态;每段带钢所处冷却单元位置计算模型根据带钢进入冷却区的初始速度和设定的加速度计算每段带钢在任意时刻所处冷却区域内的位置;冷却单元冷却过程动态模型切换机制根据阀门开闭状态确定在该冷却单元发生的换热方式;冷却单元带钢上表面温度模型根据确定的换热方式选择具体的水冷或空冷换热模型计算带钢上表面温度。 2.给出了水冷换热系数模型、热导率模型中关键参数随带钢工况条件变化的确定方法,特别是给出了水冷换热系数模型中的比例参数随每段带钢的工况条件的变化而变化的方法,改进了水冷换热系数和热导率模型,从而提高了带钢卷取温度模型精度。最后采用国内某大型钢厂实际运行数据进行了模型实验研究,结果表明,与文[34]忽略每段带钢工况条件的变化对水冷换热系数模型的影响的方法相比,采用本文方法改进水冷换热系数模型、热导率模型之后计算的卷取温度与实测卷取温度之间的偏差均方根误差从11.8℃下降到4.2℃。 3.提出了层流冷却过程混合智能控制方法,其中喷水集管控制阀门开启总数设定方法由喷水集管阀门开启总数的预设定模型、卷取温度预报模型、预报补偿模型、带钢批次间补偿模型组成,其中预设定模型根据目标卷取温度、终轧机出口带钢厚度预估值、温度预估值、带钢头部速度预估值计算喷水集管阀门开启总数的预设定值;卷取温度预报模型根据阀门开启总数的设定值预报带钢的卷取温度值;预报补偿模型根据预报卷取温度偏差,结合案例推理技术和常规PI调整算法计算喷水集管阀门开启总数的前馈补偿值;带钢批次间补偿模型根据已经冷却后的带钢实测卷取温度与目标卷取温度之间的实际偏差,采用案例推理技术和PI迭代学习方法,在不同批次带钢之间进行迭代运算,最终求得使实际卷取温度偏差被控制在一定范围内的喷水集管阀门开启总数批间补偿值。随工况条件的变化,该方法能够自动调整喷水集管阀门开启总数设定值,再将该设定值送给过程控制系统进行任意时刻的喷水控制阀门的开闭状态计算并执行,从而实现冷却水量的调整,保证卷取温度被控制在目标温度范围内。 4.基于本文提出的层流冷却过程模型和控制方法,设计开发了虚拟对象仿真软件和设定控制软件,并将开发的软件与现有的由设定控制计算机、过程控制系统(包括PLC控制系统和过程监控系统)、仪表与执行机构虚拟装置、虚拟对象计算机组成的分布式仿真实验平台相集成,建立了层流冷却过程控制仿真实验系统。 5.在上述仿真实验系统上进行了本文提出的混合智能控制方法的实验研究,结果表明,与国内某大型钢厂现有控制方法相比,采用本文方法使实际卷取温度偏差被控制在±10℃的命中率从42.9%提高到84.1%,均方根误差由21.1℃下降为8.21℃。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TG335.11

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 刘少伟;片锦香;汤健;岳恒;;基于组态软件和仿真软件的层流冷却实验平台[J];控制工程;2012年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 张丽秀;电主轴单元电磁特性及控制策略改善研究[D];大连理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 吴孝娟;;热轧带钢控制冷却技术概况[J];鞍钢技术;1992年09期
2 高丽霞,冯玉平,赵杰锋;板带材生产中的控制冷却技术[J];安阳师范学院学报;2000年04期
3 陈健就,贺达伦;现代化宽厚板厂控制轧制和控制冷却技术[J];宝钢技术;1999年02期
4 余驰斌;梁伟刚;;热连轧带钢水幕冷却控制技术的研究[J];钢铁;1993年01期
5 王昭东;袁国;王国栋;刘相华;;热带钢超快速冷却条件下的对流换热系数研究[J];钢铁;2006年07期
6 韦光,董希满,王进民;水幕冷却高温钢板对流换热系数的研究[J];钢铁;1994年01期
7 吴德强;胡昌宗;黄波;;热轧带钢层流冷却系统的技术开发与应用[J];钢铁技术;2005年01期
8 陈治纲,许超,邵惠鹤;间歇过程优化与先进控制综述[J];化工自动化及仪表;2003年03期
9 刘琪;方勇;;可变初始状态下迭代学习控制误差估计[J];计算机应用与软件;2006年10期
10 杜寿兵;吴付岗;;迭代学习控制在配料控制系统中的应用[J];计算机测量与控制;2006年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张世海,刘晓燕,欧进萍;高层结构智能选型知识发现及方法比较[J];四川建筑科学研究;2005年05期
2 杜永峰;寇佳亮;寇巍巍;;高温下叠层橡胶支座的热力学分析[J];四川建筑科学研究;2010年06期
3 王从锋;刘德富;;高透水性混凝土路面温度场计算分析[J];四川建筑科学研究;2011年04期
4 潘洁珠;半结构化数据及其数据模型[J];安徽教育学院学报;2003年06期
5 路凤智,邱春林,杨军;冷轧平整机轧制力预报模型精度的探讨[J];鞍钢技术;2003年04期
6 崔晓龙,万妮丽;大型锻件热处理过程的数值模拟研究[J];鞍钢技术;2004年06期
7 孙蓟泉;周永红;;板形控制技术及应用[J];鞍钢技术;2006年04期
8 李文斌;费静;范垂林;王国明;刘明;;提高热轧带钢厚度精度研究[J];鞍钢技术;2008年01期
9 孙慧元;丁宁;;有限元模拟技术在工字钢控冷过程中的应用[J];鞍钢技术;2010年01期
10 赵鹏,倪志伟,贾瑞玉;基于数据挖掘技术的范例库维护[J];安徽大学学报(自然科学版);2003年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李翔晟;;基于系统辨识液压变量泵的效率模型研究[A];第十五届流体动力与机电控制工程学术会议论文集[C];2011年
2 章曙光;;基于CBR的电力负荷预测系统的研究与实现[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
3 陈彦北;陆建;倪晓武;;激光作用金属板材塑性损伤的判定[A];光子科技创新与产业化——长三角光子科技创新论坛暨2006年安徽博士科技论坛论文集[C];2006年
4 李杰;景菁华;;承钢1780凸度和平直度控制的研究与应用[A];2011年河北省冶金信息化自动化年会论文集[C];2011年
5 李会军;王启刚;季刚;马增良;;一种基于M序列的噪声模型辨识方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 张红良;吴文启;胡小平;;一种新的里程计刻度因子在线辨识算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 侯志祥;;基于混合遗传算法的连续系统参数辨识[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 陈慧波;丁锋;;基于输出快采样数据的确定性系统最小二乘盲辨识方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 夏椒波;何熊熊;孙明轩;;具初始修正的时滞系统迭代学习控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 邓忠华;李曦;叶小萌;;凹版套色印刷系统的模型控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王杰;基于人工智能的乒乓球比赛技战术诊断与评估研究[D];上海体育学院;2010年
2 牟向伟;模糊语义个性化推荐系统在电子政务中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
3 包兴先;基于模型定阶和信号消噪的海洋平台结构模态参数识别研究[D];中国海洋大学;2010年
4 全惠敏;电能质量相关信号的S变换检测算法及应用研究[D];湖南大学;2010年
5 陈建魁;非连续卷绕系统动力学建模与张力/位置控制及其应用[D];华中科技大学;2010年
6 韩丽丽;多率多输入系统的辨识[D];江南大学;2010年
7 高京广;非线性随机系统的稳定、镇定与优化[D];华南理工大学;2010年
8 孔令启;基于内外圈协同优化策略的间歇化工过程不确定性调度研究[D];华南理工大学;2010年
9 王晓东;双机架紧凑式炉卷轧机模型自适应优化控制[D];昆明理工大学;2008年
10 李欣;应急案例知识库系统及其应用关键技术研究[D];解放军信息工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙瑞霞;奥氏体—铁素体相变的计算机模拟[D];河南理工大学;2010年
2 王丽敬;地理案例的空间相似性计算[D];山东科技大学;2010年
3 李金华;基于SVM的多类文本分类研究[D];山东科技大学;2010年
4 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
5 陈少华;基于Hopfield神经网络控制系统的研究[D];山东科技大学;2010年
6 王文栋;GEP及SVM融合的分类技术研究[D];广西师范学院;2010年
7 王垚;液体离心机控制方案设计与实现[D];郑州大学;2010年
8 杨书显;基于PSO算法的氧乐果合成过程建模与控制研究[D];郑州大学;2010年
9 娄玉冰;基于“最优激励轨迹”的工业机器人动力学参数辨识研究[D];郑州大学;2010年
10 雷明杰;神经网络和遗传算法在中厚板轧机中的应用研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 何亚屏;年晓红;张超;颜会东;;考虑定子电阻鲁棒性的永磁同步电机速度辨识方案[J];大功率变流技术;2009年01期
2 汤健;柴天佑;片锦香;岳恒;;工业过程智能优化控制半实物仿真实验平台[J];东北大学学报(自然科学版);2009年11期
3 金梅;侯楚林;;基于损耗模型的感应电机效率优化控制研究[J];电测与仪表;2010年12期
4 刘玉庆,李莉;变频调速异步电动机铁耗的分析计算[J];电工电能新技术;2002年02期
5 黄志武;桂卫华;年晓红;刘心昊;单勇腾;;一种新型的基于观测器的无速度传感器感应电动机定子电阻辨识方案[J];电工技术学报;2006年12期
6 张云;吴凤江;孙力;赵克;;异步电动机铁耗对直接转矩控制性能的影响及补偿方法[J];电工技术学报;2008年09期
7 樊扬;瞿文龙;陆海峰;程小猛;张星;伍理勋;蒋时军;;一种基于磁链误差的异步电动机定子电阻校正方法[J];电工技术学报;2009年01期
8 曹开玉;徐中;刘晓冰;;模糊神经网络在线辨识定子电阻的直接转矩控制技术[J];电工技术;2003年04期
9 柯岩;;变频器谐波对电机效率的影响分析[J];电力学报;2010年03期
10 郭程;;变频技术对交流电动机轴电流的影响与预防[J];大电机技术;2008年03期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 严可国;大型汽轮发电机组故障诊断方法及监测保护系统研究[D];华北电力大学(北京);2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 魏华雄;SPWM逆变供电下感应电机谐波分析及仿真[D];哈尔滨理工大学;2004年
2 李文竹;直线感应电动机气隙变化对电机性能影响的研究[D];吉林大学;2006年
3 佟宁泽;大中型感应电机电磁力及定子振动分析[D];沈阳工业大学;2006年
4 王文华;基于谐波分析的高速电主轴电机设计方法研究[D];湖南大学;2009年
5 白穆;人工神经网络在农用地分等因素权重确定中的应用研究[D];长安大学;2007年
6 李宗臣;基于矢量控制的异步电机效率优化控制研究[D];北京交通大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 钱振声;姜成木;;鞍钢新建厚板生产线设置加速冷却装置的探讨[J];钢铁;1991年01期
2 刘相华,佘广夫,焦景民,张中平,彭良贵,王国栋;超快速冷却装置及其在新品种开发中的应用[J];钢铁;2004年08期
3 韦光,董希满,王进民;水幕冷却高温钢板对流换热系数的研究[J];钢铁;1994年01期
4 蔡正,王国栋,刘相华,谷力军,解旗;层流冷却中带钢温度分布模型的开发[J];钢铁;1998年08期
5 董学平,徐本连;基于混杂系统的智能PID控制设计[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2004年08期
6 卞家宏;利用称重仪表实现配料自动化[J];化工自动化及仪表;2000年03期
7 齐蓉,林辉;基于迭代学习的PID控制器研究[J];航空计算技术;2003年03期
8 陈芸,王永初;典型对象特性的优化控制器设计及其参数整定[J];华侨大学学报(自然科学版);2004年03期
9 刘峰;高温钢板喷雾冷却时的冷却特性和传热系数[J];钢铁研究学报;1990年02期
10 唐耀华,徐庆龙,杨月高,昝剑秋;微机控制水泥配料系统[J];计算机自动测量与控制;2002年11期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 季利伟;迭代自学习动态称量配料方法及其在混凝土搅拌系统中的应用[D];浙江大学;2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭良贵,刘相华,王国栋;热轧带钢层流冷却的控制策略及其应用[J];钢铁研究学报;2005年03期
2 蔡晓辉,时旭,王国栋,刘相华,张殿华;控制冷却方式和设备的发展[J];钢铁研究学报;2001年06期
3 彭良贵,于明,王昭东,刘相华;热轧带钢层流冷却数学模型述评[J];轧钢;2003年06期
4 赵其德;带钢层流冷却装置[J];一重技术;1995年03期
5 吴彬,陈海耿;带钢厂热轧机组层流冷却数学模型[J];黄金学报;2001年04期
6 刘文红,刘相华,张殿华,张中平,彭泽波,张志强;新控制方法在攀钢层流冷却基础自动化系统中的应用[J];钢铁研究;2004年03期
7 韩斌,张中平,谢海波,彭良贵,刘相华,王国栋;热轧带钢层冷过程数学模型子系统组成与应用[J];轧钢;2004年05期
8 龚彩军,于明,蔡晓辉,王国栋;中厚板轧后冷却的过程控制[J];东北大学学报(自然科学版);2005年02期
9 谭明皓,片锦香,柴天佑;热轧层流冷却过程的智能建模仿真软件包[J];系统仿真学报;2005年02期
10 王君,徐心和,袁建光,苏迎捷;宝钢热轧层流冷却模型的研究[J];自动化仪表;1994年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘正东;程杰锋;董瀚;干勇;王中丙;张若生;;CSP热连轧层流冷却热过程模拟与控制[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(4)[C];2003年
2 徐小青;韩庆;周石光;;新型热轧带钢层流冷却工艺控制系统[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年
3 赫洪亮;;CSP热轧带钢层流冷却研究[A];中国计量协会冶金分会2011年会论文集[C];2011年
4 江开伟;;热轧带钢层流冷却水处理系统设计改进[A];重庆金属学会钢铁年会学术论文专辑[C];2002年
5 陈银莉;康永林;赵征志;柳得橹;徐志如;陈贵江;李烈军;谢利群;林振源;;CSP线层流冷却试验测定[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(4)[C];2003年
6 谢海波;张中平;焦景民;刘相华;王国栋;韩斌;;热轧带钢层流冷却系统模型与模拟计算[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(4)[C];2003年
7 单旭沂;吴毅平;肖承香;;自行开发宝钢2050mm热轧层流冷却控制系统[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展(下册)[C];1999年
8 焦景民;佘广夫;张中平;韩斌;刘相华;王国栋;;热连轧层流冷却过程控制系统[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(4)[C];2003年
9 尹丽琼;杨奇;;热轧炉卷轧机层流冷却控制模型的应用[A];全国冶金自动化信息网2010年年会论文集[C];2010年
10 刘文红;张殿华;彭泽波;刘相华;王国栋;焦景民;张中平;佘广夫;;热连轧层流冷却基础自动化控制系统的研究与应用[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集(4)[C];2003年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 J.Chen T.Nijhuis;有效保证冷却效率和控制精度[N];中国冶金报;2006年
2 余海;先进技术为钢“降温”[N];中国冶金报;2007年
3 余伟 唐荻 何春雨 刘涛;多功能 快冷却 兼顾可靠性和经济性[N];中国冶金报;2011年
4 陈夏红;铸造新包头[N];人民日报海外版;2003年
5 左军 刘勇 张开华 叶晓瑜 李卫平 黄徐晶;超快冷技术在碳锰钢中的应用[N];世界金属导报;2011年
6 记者 程瑞云 通讯员 宋泽红;通钢2005年自主创新硕果满枝[N];中国冶金报;2006年
7 ;美国Beta钢公司热带轧机现代化改造[N];世界金属导报;2007年
8 邱文光译;欧洲先进结构钢研究现状与前景[N];世界金属导报;2003年
9 程瑞云 宋泽红;通钢集团去年自主创新硕果满枝[N];通化日报;2006年
10 杨占林;邯钢CSP冷轧用料合格率95.11%[N];世界金属导报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 片锦香;热轧带钢层流冷却过程建模与控制方法研究[D];东北大学;2010年
2 周满春;薄板坯轧制气车大梁钢的控制冷却工艺研究[D];东北大学;2009年
3 王丙兴;中厚板轧后多阶段冷却控制策略研究与应用[D];东北大学;2009年
4 刘云飞;热轧管线钢冷却过程组织建模与仿真[D];燕山大学;2011年
5 张德丰;X65管线厚板控冷过程的相变效应研究与数值模拟[D];昆明理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 程剑;热连轧带钢层流冷却过程中相变有限元分析[D];武汉科技大学;2013年
2 刘杰;1750热轧机组层流冷却系统的数值模拟研究[D];燕山大学;2011年
3 郑会平;热轧带钢层流冷却过程的建模与仿真研究[D];东北大学;2008年
4 孔鹏祥;1500mm热轧带钢层流冷却自动控制系统研究与应用[D];上海交通大学;2013年
5 尹皓;中厚板轧后层流冷却温度场模拟[D];武汉科技大学;2013年
6 佟瑞乐;热轧带钢层流冷却离线模拟设计软件[D];燕山大学;2012年
7 高乐;热轧带钢层流冷却系统温度建模[D];天津大学;2012年
8 王长会;热轧带钢层流冷却过程控制方法的应用研究[D];东北大学;2005年
9 黄徐晶;1450mm热连轧机层流冷却过程仿真研究[D];昆明理工大学;2007年
10 张雪梅;热轧带钢层流冷却系统控制的优化[D];辽宁科技大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026