[发明专利]确定冷轧带钢卷取半径的方法

权利要求书

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(3)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n组带卷层间径向压应力p_i，k，j，其中每一组的p_i，k，j的生成规则为：

p_i，k，j＝p_i，k，j-1+c×rand

式中：p_i，j，j-1＝0；若j＝1时有，k＝1，2，Λ，j；c为随机数补偿系数；rand为[0，1]区间上的一维随机数生成函数；

步骤3：依据得到的n组p_i，k，j，分别利用以下数学公式来计算n组Δu_i，k，j和r_i，k，j：

mi=1+kδmaxhi(Epi,k,j)0.8,]]>

式中：m_i为第i个条元的钢卷紧密系数；k为考虑了理论和实际值存在偏差而作的一个修正系数，k＝1，2，Λ，j；δ_max为带钢接触表面不平度最大值，它包括微观表面不平度和宏观不平度；h_i为第i条元带钢卷取前厚度；E为带钢材料的弹性模量；p_i，k，j为第i个条元在卷取第j层时第k层内侧的层间径向压应力；

ϵri,k,j-1=miE[(1-vmi)pi,k,j-1-vmi(σTi,j-1+ri,k,j-1pi,k+1,j-1-pi,k,j-1hi,k,j-1)],]]>

ϵri,k,j=miE[(1-vmi)pi,k,j-vmi(σTi,j+ri,k,jpi,k+1,j-pi,k,jhi,k,j)],]]>

式中：v为材料泊松比；σ_Ti，j为第i个条元卷取第j层时的卷取张力，单位为MPa；r_i，k，j为第i个条元在卷取第j层时第k层对应的半径；h_i，k，j为第i个条元在卷取第j层时第k层卷取后厚度；ε_ri，k，j为第i个条元在卷取第j层时第k层带钢的径向形变量；

Δε_ri，k，j＝ε_ri，k，j-ε_ri，k，j-1，

式中：Δε_ri，k，j为第i个条元的第k层带钢在卷取第j层时相对于卷取第j-1层时的径向形变变化量；

Δh_i，k，j＝h_iΔε_ri，k，j，

式中：Δh_i，k，j为第i个条元的第k层带钢在卷取第j层时相对于卷取第j-1层时的厚度变化量；

u0i=r0iEc[r0i2+rci2r0i2-rci2-vc](pi,1,j-pi,1,j-1),]]>

式中：u_0i为第i个条元对应卷筒外表面在带钢卷取第j层时相对于卷取第j-1层时发生的位移，r_0i为第i个条元对应的卷筒外半径，r_ci为第i个条元对应的卷筒内半径，E_c为卷筒的材料弹性模量；

Δu_i，1，j＝u_0i+Δh_i，1，j，

式中：Δu_i，l，j为第i个条元第一层带钢在卷取第j层后发生的位移；

Δu_i，k，j＝Δu_i，k-1，j+Δh_i，k，j，

式中：Δu_i，k，j为第i个条元第k层带钢在卷取第j层后发生的位移；

r_i，k，j＝r_i，k-1，j+h_i，k，j-Δu_i，k，j，

式中：r_i，k，j为第i个条元第k层带钢在卷取第j层后的卷取半径；

步骤4：将步骤3中得到的n组Δu_i，k，j和r_i，k，j分别代入以下带钢卷取径向应力计算公式求取n组

pi,k,m*=1(1-v)ri,k,jE-ri,k,j2Ehi,k,j[Δui,k,j+ui,k,j-1-ri,k,jE(σi+ri,k,jpi,k+1,jhi,k,j)];]]>

步骤5：以为衡量指标函数来判断各组p_i，k，j和之间的误差大小；若存在一组p_i，k，j和使得J≤ε成立，则转至步骤6；若不成立则按照PSO算法粒子生成规则产生新的n组p_i，k，j，每一组新的p_i，k，j的生成规则为：

V_i，k，j＝V_i，k，j+c₁×rand×(pb_i，k，j-p_i，k，j)+c₂×rand×(gb_i，k，j-p_i，k，j)，

p_i，k，j＝p_i，k，j+V_i，k，j

式中：V_i，k，j为PSO算法计算p_i，k，j的速度分量，初始速度分量为一个随机生成数，k＝1，2，Λ，j；c₁和c₂为算法的加速权重；pb_i，k，j为该组粒子在本次循环计算时取得最小J值时对应的p_i，k，j；gb_i，k，j为n组粒子在本次循环计算时取得最小J值时对应的p_i，k，j，

在生成新的n组p_i，k，j后转至步骤3；

步骤6：若j＝N，计算结束，这里N为根据实际生产情况确定的带卷最大卷取层数。

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。