一种兼顾轧制能耗与良好板形的热轧带钢负荷分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于热连社机带钢生产过程的控制方法。
【背景技术】
[0002] 在社钢生产中，昆料经过数个机架（业内亦称之为"道次"）的社制，产生塑性变 形，最终社制出符合规格要求的产品。送一系列的社制过程，是按着昆料进入社机前事先设 定的生产工艺规程进行的，送是带钢连续社制的重要工作。其中负荷分配是设定计算的前 提和基础，是设定计算的中必环节。
[0003] 精社负荷分配是指精社带钢各机架厚度的分配制度，它是热社带钢生产过程控制 的关键技术，直接影响到板形、板厚精度等产品质量，负荷分配还对社制能耗、漉耗、生产过 程的稳定性和作业率等项指标有重要影响。
[0004] 从20世纪60年代W前的经验表格法开始，热连社机的负荷分配方法主要经历了 能耗曲线法、负荷分配系数法、智能优化方法等几个阶段。
[0005]负荷分配系数法是目前国内外现代化热连社机组负荷分配普遍采用的方法，包含 3种模式：压下量模式、社制力模式和功率模式。其中社制力与功率模式（两者可等价）采 用Newton-Raphson法，但由于存在求解缺陷，在线计算性能较差，不能适应实际生产过程 控制中"实时性"的要求，因此目前在实际生产过程中实际在线应用的主要为压下量模式。
[0006]社制力模式负荷分配可保持精社各机架的社制力比例恒定，有利于提高热社带钢 的板形质量和社制稳定性，因此有必要研究可用于在线计算的社制力模式负荷分配系数 法。
[0007] 要实现负荷分配系数法的在线应用，可归结为两方面；一是如何确定合适的负荷 分配系数；二是如何实现负荷分配系数法的在线计算。
[0008] 根据历史数据与生产经验来确定负荷分配系数是最简单、最直接的方法，虽然在 大部分情况下合理，但并非最优。随着智能优化技术的应用深入到社制过程的各个领域，采 用智能优化方法确定负荷分配系数是一个技术趋势。
[0009] 授权公告日为2013年09月04日，授权公告号为CN102489524B的中国发明专利 中公开了一种"降低热社带钢社制过程能耗的机架负荷分配方法"，其包括下列步骤：步骤 1 :确定初始控制方案的约束条件；步骤2 ;确定控制的目标；步骤3 ;确定控制方案的机器 参数和社件的参数；步骤4 ;利用改进的差分进化算法得到各机架出口厚度；步骤5 ;根据 步骤4得到的各机架的出口厚度来确定各机架的穿带速度、温度、社制力、社制功率、总的 能耗；步骤6 ;判断社制力、社制力矩、社制功率是否超出机器的额定值，超出则重复步骤4， 否则判断总的能耗是否达到最小，是则输出最终值，否则重复步骤4,直到达到最小值。
[0010] 该技术方案W精社各机架总的能耗为目标函数，利用改进的差分进化算法（智能 优化算法之一）作为优化算法，优化分配各机架的压下量，确定各机架实际社出厚度，使总 能耗达到最小，直接通过差分进化算法进行负荷分配在线计算，使总能耗达到最小，减少了 设备损害，提高了生产效率和设备利用率。其不足在于：一是计算时间较长，难W满足在线 计算的"实时性"要求；二是同规格社制时各次分配结果波动较大，不利于批量带钢生产过 程中产品的板形控制精度与社制稳定性。
【发明内容】
[0011] 本发明所要解决的技术问题是提供一种兼顾社制能耗与良好板形的热社带钢负 荷分配方法，其将"离线优化+在线控制"相结合，利用智能优化方法离线优化得到典型带 钢层别的负荷分配系数，利用社制力模式负荷分配系数法实现在线计算，综合两种方法的 优点，既满足在线计算的时间/速度要求，又兼顾了社制能耗与板形控制要求，达到提高精 社带钢社制规程设定精度和社制稳定性的目的。
[0012] 本发明的技术方案是：提供一种兼顾社制能耗与良好板形的热社带钢负荷分配方 法，包括确定精社负荷分配系数，据此进行精社带钢各机架社制厚度的分配W及对精社带 钢各机架社制厚度的在线控制，其特征是所述的热社带钢负荷分配方法包括下列步骤：
[0013] 步骤一、精社负荷分配系数的离线优化：
[0014] 首先建立精社带钢负荷分配的多目标优化模型，包括确定精社负荷分配优化问题 的目标函数与优化算法；然后通过离线优化计算，获得典型带钢层别的精社负荷分配方案 的Pareto最优解集；
[0015] 步骤二、精社负荷分配系数的离线决策：
[0016] 采用基于加权聚合的决策方法，从步骤一所得到的Pareto最优解集中，挑选最终 的Pareto优化解，作为典型带钢层别的负荷分配系数；
[0017] 步骤H、精社各机架带钢社制厚度的分配计算与在线控制：
[0018] 利用上述步骤得到的典型带钢层别的负荷分配系数，进行社制力模式负荷分配的 在线计算，获得最终在线使用的热社带钢负荷分配方案，从而得到精社各机架的压下量及 其出口厚度，按照上述精社各机架的压下量及其出口厚度，对精社机各机架的带钢社制厚 度进行在线实时控制。
[0019] 所述的热社带钢负荷分配方法，将"离线优化+在线控制"相结合，利用智能优化 方法离线优化得到典型带钢层别的负荷分配系数，利用社制力模式负荷分配系数法实现在 线计算和进行实时在线控制，在采用智能优化方法离线确定精社负荷分配系数时，兼顾精 社带钢的社制能耗与良好板形，在克服人工经验方法不足的同时，达到提高精社带钢板形 虹制精度和社制稳定性的目的。
[0020] 具体的，在所述的步骤一中，按照下列步骤来确定精社负荷分配的多目标优化模 型及其优化算法：
[0021] S11，建立精社负荷分配的多目标优化模型：
[0022] 选取社制能耗最小目标和带钢板形良好目标作为精社负荷分配优化问题的目标 函数：
[0023] (1)社制能耗最小目标
[0024] 所述的社制能耗最小目标采用下列表达式进行表述：
[00 巧]
[002引其中；Ni为第i机架的社制功率（kW)也为第i机架的出口厚度（mm) ;n为精社机 架数；
[0027] 似带钢板形良好目标
[0028] 所述的带钢板形良好目标采用下列表达式进行表述：
[0029]
[0030] 其中，为第i机架的出口厚度（mm) ;Q为第i机架的出口凸度（ym) ;Ai为优 化调节量；
[003" 设知q/A:…货''中I，则有
[0032]
[003引其中，W为带钢宽度（mm) ;a和b为模型参数；
[0034] 选择精社各机架的出口厚度作为负荷分配优化的决策变量：
[00对h=化1，hz，…，hn2,hn1)公式（4)
[0036] 其中，h为决策变量矢量；n为精社机架数；
[0037] 所述精社带钢负荷分配的多目标优化模型采用下列表达式描述：
[0038]
[0039] 其中，Pm为最大社制力化脚；Ii为电流，Im为最大电流（A) ;h。为中间昆厚度，h。为 广品目标厚度（mm);
[0040]S12,确定求解负荷分配优化模型的多目标优化算法：
[0041] 选取带精英策略的非支配排序遗传算法NSGA-II作为求解精社负荷分配问题的 多目标优化算法；
[0042] 对任何一个典型的带钢层别，通过公式（5)所示的多目标优化模型，利用NSGA-II 算法来求解，即可获得该层别精社负荷分配的Pareto最优解集，即一序列可供选择的负荷 分配优化解。
[0043] 进一步的，在所述的步骤二中，采用基于加权聚合的决策方法，来挑选最终的 Pareto优化解，其所述加权后的目标函数采用下列表达式进行描述：
[0044]
[004引其中，《1，"2分别为2个目标函数的权重，且《1+"2 = 1 和= 1，。 分别表示Pareto最优解集中第i个目标函数的最小值和最大值；
[004引确定权重{>1，的取值后，计算Pareto最优解集中所有优化解的加权目标函 数值f，选择加权目标f取最小值时的解，作为最终的Pareto优化解；
[0047] 得到最终的Pareto优化解后，进一步获得其对应的精社各机架社制力的比例系 数，将其作为该典型带钢层别的负荷分配系数。
[0048] 进一步的，在所述的步骤H中，所述社制力模式负荷分配迭代计算各机架出口厚 度的具体过程如下：
[0049]S31、确定精社各机架出口厚度的初始值：
[0050] 采用下述经验插值法：
[0051]
[005引式中，n为精社机架数；h。为中间昆厚度；h。为终社厚度；婷为各机架出口厚度的 初始值；皆为各机架厚度分配的经验表格值；kg为增益系数，取值范围1《kg《n;
[0053]S32、计算在当前负荷分配下精社各机架的社制力和社制力对压下量的导数：
[0054] 在其它工艺参数固定的情况下，社制力是各机架入口厚度和出口厚度的函数；在 精社负荷分配方案变化的情况下，需要重新计算各机架的社制力梦/，系/为第i机架第j次 产、?* 迭代的社制力；同时，需要计算社制力对压下量的导数其中为第i机架第j 妍'角> 么'K 次迭代的压下量；
[0055]S33、根据上述各机架的社制力和社制力对压下量导数的计算结果，计算精社各机 架压下量的修正值；<