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《燕山大学》 2003年
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冷带轧机板形智能识别与智能控制研究

张秀玲  
【摘要】: 板带材在国民经济各部门中具有广泛而重要的应用。板带材的质量指标之一是板形(平直度)。由于板带材使用部门对板形精度的要求越来越高,使板形控制成为现代高精度板带轧机的关键技术和重要的技术发展方向。板形识别与板形控制理论及数学建模则是此项技术的理论基础和关键科学问题。 板形识别与板形控制是现代板带轧制中的关键技术和国际前沿研究课题。板形控制理论和数学建模理论还不能适应现代板形控制技术发展的要求。本文以人工智能理论为基础,选择具有理论和工程实际意义的冷带轧机板形智能识别与智能控制为研究课题,进行了深入的理论研究与工业应用研究,取得了新的研究成果。 板形模式识别是板形控制的关键。针对板宽变化时需要不同拓扑结构的神经网络才能完成识别任务,网络学习工作量大、同时神经网络本身存在收敛速度慢、局部极小等结构性能不佳的问题,以勒让德正交多项式为板形基本模式,首次建立了只用6个输入信号、3个输出信号的板形模式识别GA-BP网络模型,该模型不仅结构简单,而且物理意义明确,识别精度较高;该方法是将待识别信号与标准样本之间的欧氏距离作为神经网络的输入,网络的结构和权值的优化方法是自适应遗传算法和BP算法结合,在遗传算法全局寻优的基础上,用BP算法局部求解,从而建立一个优化神经网络。目的在于使该网络性能在训练中始终保持最优,始终达到最佳结构,有效解决了板宽变化时神经网络结构形式不变的问题,从而实现了板形信号模式识别的智能化,为板形控制策略的制定提供依据。 改进了传统最小二乘板形模式识别方法,建立了基于勒让德正交多项式的板形模式识别直接法,方法简单、实用,识别精度较高;不仅增加了一种新的模式识别方法,而且解决了传统模式识别、模糊逻辑模式识别方法解决不好和解决不了的问题,大大扩展了模式识别的应用范围,克服了传统的基于最小二乘法板形模式识别的缺点和不足。 针对传统遗传算法的搜索过程带有一定的盲目性,其收敛特性不稳定且收敛速度缓慢,特别是在系统规模较大时,优化效果的明显改善往往需要相当长的时间,而且不适合候选解的精调,难以确定解的确切位置,提出一种新型自适应性遗传算法,并在此基础上,用BP算法优化前向神经网络权值,综合了两种算法的优点,即遗传算法的全局收敛性和BP算法局部搜索的快速性,强化了遗传算法的渐进收敛和进化能力,全面改善了算法的收敛性,提高了收敛速度及训练精度,也扩展了泛化能力。避免了它们各自存在的问题,使其更有效的应用于神经网络的学习中。 液压弯辊是板形控制系统最基本的环节,它的动态特性和稳态性能对于整个板 燕山大学工学博士学位论文 一 形控制系统的性能起着至关重要的作用(主要指快速性和超调量卜针对其非线性、 时变性及不确定性,设计了神经网络模型参考自适应控制方案并应用于带材控制中, 以提高带材的成材率,充分发挥液压弯辊力对板形的调整作用,改善轧机系统的动 态特性。 针对液压伺服系统固有特性和液压控制中存在的问题,提出了一种基于前馈神 经网络的智能内模控制(IMC)方案,其设计过程分两步进行:第一步,训练一个 神经网络描述对象响应;第二步,训练一个网络描述对象的逆,并将此网络作为IMC 控制器。将其用于液压弯辊系统,仿真结果表明该系统的性能良好,鲁棒性强,优 于常规IMC系统,这类智能控制器适合于对象参数变化、模型不确定和非线性的控 制。探索了一种非解析原理的板形自动控制建模方法,解决了系统建模带来的诸多 困难。 带钢的轧制过程涉及大量非线性因素,而且轧制过程中的某些条件还具有时变 和强耦合特性,因此建立板形系统的精确数学模型具有相当大的难度,是板形控制 的难点。本文利用人工智能方法建立了冷带轧机的板形预测模型,探索了一种非解 析原理的板形建模方法,解诀了复杂系统建模带来的诸多困难。在此基础上提出板 形控制影响矩阵法,建立了冷带轧机板形控制影响矩阵法的理论框架,丰富了板形 自动控制理论。 将提出的板形智能识别和板形智能控制理论在邯钢集团衡水薄板有限公司 900HC轧机上进行了应用研究。将现场轧制数据及基于轧制过程的物理机制而建立 的机理模型相结合,建立了 900HC轧机的板形预测模型,为板形控制提供了智能模 型,实现板形设定控制和闭环控制。 选择具有理论和工程实际意义的冷带轧机扳形智能识别与控制为研究课题,对 板形模式识别、弯辊闭环控制、板形预测控制等进行了研究,不仅对于板形识别理 论与板形控制理论的发展有重要意义,对于板形智能控制技术也有重要的实际意义 和应用价值,具有一定的工程指导意义。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG334.9

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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2 贾春玉;单修迎;崔发军;白涛;;HC轧机工作辊弯辊对板形特征参数影响规律的研究[J];冶金设备;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 陈志旺;杨景明;王洪瑞;;基于模糊神经网络的液压弯辊板形控制系统设计[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前4条
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2 王英睿;三维条元法及其对热轧板带轧制过程的仿真[D];燕山大学;2003年
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4 李志明;整辊镶块式板形仪信号处理及板形闭环控制方法研究[D];燕山大学;2012年
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1 李少清;基于Elman网络的HC轧机板形识别与控制[D];燕山大学;2011年
2 崔艳超;液压弯辊板形智能控制方法研究[D];燕山大学;2011年
3 张国霞;基于神经网络解耦的板形板厚综合控制方法研究[D];燕山大学;2012年
4 谷芳春;神经网络优化理论研究及应用[D];燕山大学;2003年
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6 牛召平;冷轧板形智能预测控制研究[D];燕山大学;2007年
7 李立丰;准工业化气动板形检测仪的开发研究[D];燕山大学;2007年
8 李楠;板形模式识别与控制的智能方法研究[D];燕山大学;2006年
9 吕其栋;冷连轧机板形智能控制策略的研究[D];东北大学;2008年
10 张少宇;基于改进LS-SVR的冷带轧机板形智能控制研究[D];燕山大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 彭艳;基于条元法的HC冷轧机板形预设定控制理论研究及工业应用[D];燕山大学;2000年
【共引文献】
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2 王倩;蒋林华;张京丰;徐海群;;模糊神经网络在粉煤灰混凝土强度预测中的应用[J];四川建筑科学研究;2006年06期
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4 张安勤;数据挖掘与进化算法[J];安徽教育学院学报;2002年03期
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8 张维维;赵成林;李广帮;王丽娟;;BP神经网络技术在钢铁工业中的应用[J];鞍钢技术;2010年04期
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10 蒋中;一种基于非线性Laguerre模型的预测控制算法[J];安徽大学学报(自然科学版);2000年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 杨益;方潜生;汪力君;;基于Handel-C的数字芯片的设计方法研究与实现[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
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4 孙鹤旭;梁涛;雷兆明;;基于状态空间模型的多时域预测控制系统的闭环特性[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态、关节协调运动的模糊变结构滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 陈志煌;陈力;;漂浮基双臂空间机器人本体与末端抓手协调运动的模糊滑模控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 杨建华;刘文琦;卢伟;;注汽锅炉蒸汽干度的模糊预测控制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 李刚;王庆林;黄彪;;随机扰动下的动态矩阵控制系统性能监控、调节与诊断[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 孙燕;孙峥;黄鹍;;基于模拟退火机制的隔离小生境混合遗传算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
10 吴义虎;宋丹丹;侯志祥;袁翔;;车辆横摆角速度的广义预测控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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1 冷欣;船用增压锅炉汽包水位预测控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 毛宇峰;水下机器人系统体系结构及避障控制技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
5 李华文;船舶交通管理系统经济社会影响评价研究[D];大连海事大学;2010年
6 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
7 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
8 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
9 韩艳玲;可能性构造空间理论与计算机作曲思维模型研究[D];华中科技大学;2010年
10 朱松;随机回归神经网络的动力学行为研究[D];华中科技大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赫英毅;毫米波段基于TE_(21)模差网络设计[D];中国工程物理研究院;2009年
2 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
4 廖甜甜;白细胞图像语义识别分类的研究[D];南昌航空大学;2010年
5 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
6 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
7 王辉;基于改进遗传算法的物流配送路径优化研究[D];山东科技大学;2010年
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9 施晓坤;煤炭企业人才结构优化[D];山东科技大学;2010年
10 滕景忠;智能瓦斯传感器的研制[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘军;现代冷轧带钢生产技术进展概述[J];鞍钢技术;2000年05期
2 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
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6 曹忠华;朱文豪;李志锋;王军生;张岩;;冷轧机板形分段冷却控制系统分析[J];鞍钢技术;2010年06期
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 彭艳;基于条元法的HC冷轧机板形预设定控制理论研究及工业应用[D];燕山大学;2000年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 许东杰;冷轧带钢平直度智能识别与预报模型研究[D];燕山大学;2011年
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8 李睿;神经网络在非线性预测控制中的应用研究[D];西安理工大学;2005年
9 张志强;人工神经网络在板形板厚综合控制中的应用研究[D];燕山大学;2005年
10 周会锋;板形识别·预测和控制仿真的智能方法研究[D];燕山大学;2005年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 贾春玉;单修迎;刘宏民;;一种基于小波消噪技术的平直度模式识别方法[J];燕山大学学报;2011年01期
3 许东杰;贾春玉;崔艳超;叶亚宁;;基于量子粒子群算法的BP网络板形模式识别研究[J];燕山大学学报;2011年01期
4 梁勋国;王业科;赵吉成;王国栋;;六辊冷连轧机板形前馈控制模型的研究[J];钢铁;2009年12期
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6 王连生;杨荃;何安瑞;王晓晨;刘天武;;热轧宽带钢厚度及轧制力横向分布的研究[J];钢铁;2011年06期
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10 刘建;王益群;孙福;宁淑荣;;基于粒子群理论的板形模糊模式识别方法[J];机械工程学报;2008年01期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 单修迎;冷轧带钢板形控制的矩阵模型研究[D];燕山大学;2011年
2 马博;低合金钢板带热轧过程微宏观多参数耦合建模[D];燕山大学;2011年
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6 贾春玉;高精度宽带钢冷轧机板形模糊神经控制的研究[D];燕山大学;2006年
7 杨利坡;板带轧制三维热力耦合条元法研究及仿真系统开发[D];燕山大学;2006年
8 何海涛;宽带钢冷轧机板形在线控制智能模型的研究与应用[D];燕山大学;2005年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 梁兴;基于时间序列分析算法的轧制力预测研究[D];燕山大学;2011年
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8 李春宇;基于径向基函数神经网络的中医脉象信号检测研究[D];重庆大学;2006年
9 牛召平;冷轧板形智能预测控制研究[D];燕山大学;2007年
10 单修迎;四辊冷轧机板形神经模糊控制研究[D];燕山大学;2007年
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中国期刊全文数据库 前10条
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7 杜凤山;刘才;连家创;;三维弹塑性有限元法模拟板带轧制过程(Ⅱ)——关于摩擦元刚度二元修正的应力分析[J];东北重型机械学院学报;1989年02期
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2 彭艳;基于条元法的HC冷轧机板形预设定控制理论研究及工业应用[D];燕山大学;2000年
3 谭文;混沌系统的模糊神经网络控制理论方法研究[D];湖南大学;2006年
4 梁新荣;高速公路智能控制方法研究[D];华南理工大学;2005年
5 卿铭;模糊熵及其在模糊系统优化中的应用[D];西南交通大学;2006年
6 文敦伟;面向多智能体和神经网络的智能控制研究[D];中南大学;2001年
7 王天堃;网络控制系统的研究及其应用[D];华北电力大学(北京);2009年
8 李俊洪;板带轧机板形计算理论及其在宽带轧制中应用研究[D];燕山大学;2003年
9 王立萍;延伸率和板形综合控制二辊式平整机改造设计和仿真研究[D];燕山大学;2002年
10 时旭;薄带钢冷轧过程的弹塑性有限元模拟[D];东北大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马宁;人工智能在轧机偏心和板形控制问题中的应用研究[D];西安理工大学;2000年
2 谢云鹏;板形检测与板形控制研究[D];西安理工大学;2002年
3 智立甫;基于MATLAB的智能控制系统仿真研究[D];河北农业大学;2004年
4 查富生;高速车铣复合加工中心铣削过程的智能控制[D];兰州理工大学;2005年
5 张子迎;水下机器人运动控制方法研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 姚建明;基于神经网络的电液伺服系统智能控制研究[D];太原理工大学;2005年
7 王睿洁;一种改进的T-S型模糊神经网络控制在平面一级倒立摆中的应用[D];太原理工大学;2005年
8 谢冲;多级节流智能控制系统研究[D];西南石油学院;2005年
9 刘凤琴;基于嵌入式的含油污水控制系统设计[D];武汉理工大学;2006年
10 姚鹏;矿热炉低压无功补偿系统设计[D];西安建筑科技大学;2006年
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