[发明专利]一种连续热镀锌线锌层厚度自动控制方法

说明书

技术领域

本发明属于轧制过程自动化领域，适用于热镀锌线镀锌工艺与镀层控制技术，特别是处理锌层厚度控制过程强非线性和时变滞后效果非常明显。

背景技术

目前，世界各主要热镀锌工艺厂家在总结生产经验基础上，已形成了一套自己的镀层控制模型，其控制模型主要特点是根据当前的生产条件和控制目标要求，确定当前检测到的发生变化的参数性质，然后使用相应模型计算控制参数设定值，模型结构差不多，均以调节气刀离开带钢的间距与气刀喷嘴吹扫空气的压力参数为主。国内热镀锌的镀层控制起步较晚，武钢、宝钢，其主要控制方式仍采用传统的手工操作结合PID控制策略，控制精度普遍不高。

镀层厚度控制是一个复杂系统，其原因如下：

1)镀层厚度和气刀气压、气刀刀距的关系无法用一简单动态方程式表达，因而难以建立模型；

2)由于生产状况的约束，特别是锌锅高温度影响，造成镀层测厚仪安装位置距离气刀140m，这样存在严重的滞后特点，而普通PID控制对这种大滞后问题是无能为力的，只能考虑采用先进的控制实现；

3)在该系统中，气刀气压调节是通过风机的变频驱动控制，具有很强的非线性；

4)现场对镀层厚度的影响因素比较多，包括：带钢速度、带钢厚度、带钢宽度、气刀角度、气刀高度等，另外干扰因素也比较多，包括：带钢板形、带钢抖动等，对其实现精确控制造成很大影响。

鞍钢热镀锌锌层厚度调整采用传统的手动操作方式，即手动调节设定值的操作方式通常会造成锌层厚度因操作人员的改变而发生偏差的情况。采用手动操作方式的结果便是速度发生细微改变(从50m/min-53m/min)时造成锌层超出设定值，操作人员不能第一时间对气刀做出调整，造成不必要的废品。

经调查G45镀锌线涂层厚度：80～276g/m2；锌总耗量：41,451.4kg，由于人工操作的差异引起锌耗不同，涂层平均偏差为5.5g/m2，其中最大偏差为59.1g/m2，合格率＜2σ值占总产量2.47％。过程特性导致涂层厚度的偏差难以消除，造成锌耗增大。

另外，涂层厚度是多因素作用结果：气刀压力受到气源质量影响，直接改变涂层厚度状态；气刀间隙受到平整度、涂层厚度、带钢摆动-间隙振荡因素的制约；气刀高度与带钢厚度和速度、涂层厚度、锌锅表面品质相关；带钢速度随品种变化；气刀压力的作用效果与涂层厚度目标、带钢宽度和厚度、带钢速度等条件因素，以及气刀位置等操作结果相关。

涂层厚度过程是大纯滞后过程，且滞后时间不确定，带钢速度、宽度、厚度等工艺规格因素影响气刀压力效果，气刀间隙、高度、角度等位置操作以非线性作用关系影响气刀压力作用效果。

现有技术中，锌层厚度闭环控制方式仍采用传统的PID控制，但是由于控制对象存在严重的非线性、时变、大滞后的现象，采用传统PID控制包括扩展PID控制都达不到要求的控制效果。为此，提出一种通过采用锌层厚度自适应控制方法，利用现场实际输入输出数据通过数据驱动原理，建立BP神经网络自适应结合延迟预估补偿算法的反馈控制模型。

发明内容

本发明的目的是提供一种连续热镀锌线锌层厚度自动控制方法，该方法采用BP神经网络结构的自适应控制延迟预估策略形成镀层闭环精确控制，可以大大降低锌的过度消耗，并改善热镀锌镀层表面质量，提高产品附加值。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种连续热镀锌线锌层厚度自动控制方法，该方法采用BP神经网络结构自适应控制器及延迟预估策略实现镀层闭环精确控制，通过采样镀层厚度偏差作为BP神经网络结构自适应控制模型的输入值，通过自适应控制模型中两组加权因子Δw_ij(n)、Δh_j(n)的数据处理，最终产生合理的输出，实时调节气刀压力，最终使镀层厚度设定值与实际采样值之间的偏差变得越来越小；加权因子Δw_ij(n)、Δh_j(n)可以在每个采样间隔通过下述公式在线更新，学习算法以设定值与实测值(过程值)之间的偏差最小为原则不断刷新上述加权因子，最终，两组加权因子自适应调整的结果使镀层厚度设定值与实际采样值之间的偏差趋向于零。

所述的自适应控制模型中两组加权因子Δw_ij(n)、Δh_j(n)的更新算法为：