一种基于d数理论的分段冷却控制方法及系统
阅读说明：本技术 一种基于d数理论的分段冷却控制方法及系统 (Sectional cooling control method and system based on D number theory ) 是由 王鹏飞 段树威 李旭 王东城 杨利坡 刘宏民 于 2020-03-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种基于D数理论的分段冷却控制方法及系统,所述方法包括：首先确定分段冷却输入参数；其次基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数；再次基于D数理论,根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值；然后基于第t时刻第i个通道的第二融合值确定喷嘴喷射级别；最后根据所述喷嘴喷射级别控制第i个通道对应的喷嘴进行分段冷却控制。本发明基于D数理论确定喷嘴喷射级别,进而提高分段冷却控制精度。(The invention provides a segmented cooling control method and a segmented cooling control system based on a D number theory, wherein the method comprises the following steps: firstly, determining sectional cooling input parameters; secondly, determining a sectional cooling intermediate parameter based on the sectional cooling input parameter; determining a second fusion value of the ith channel at the t moment according to the segmented cooling intermediate parameter based on the D number theory; then determining the injection level of the nozzle based on the second fusion value of the ith channel at the tth moment; and finally, controlling the nozzle corresponding to the ith channel to perform segmented cooling control according to the injection level of the nozzle. The invention determines the injection level of the nozzle based on the D number theory, thereby improving the control precision of the sectional cooling.)
技术领域
本发明涉及冶金轧制技术领域，特别是涉及一种基于D数理论的分段冷却控制方法及系统。
背景技术
在冷轧板带的生产中，一般的板形缺陷可以通过弯辊、横移以及倾斜予以消除。但是，在冷轧带钢生产中，带钢变薄要放出大量的变形热，带钢和轧辊之间也会产生大量的摩擦热。由于接触区内接触条件的不同以及轧辊和带钢的散热条件不同，因而变形热和摩擦热沿轧辊方向就会出现不均匀的分布，引起轧辊辊形发生变化，进而产生局部高次复杂板形缺陷。这种局部板形缺陷很难通过传统的弯辊、横移、倾斜等机械调节手段予以消除，通过喷射乳化液对轧辊进行润滑和冷却能减少摩擦热，并能不断地吸收带钢的变形热，降低轧辊温度。利用轧辊分段冷却控制，可以在线调整轧辊热凸度，消除轧制过程中的张应力的不均匀分布，从而达到控制带钢板形的目的。
传统采用PID轧辊分段冷却控制，但是由于轧辊热变形理论的复杂性以及非线性、时变大滞后的特点，导致传统的PID控制精度无法达到分段冷却控制要求。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种基于D数理论的分段冷却控制方法及系统，以提高分段冷却控制精度。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于D数理论的分段冷却控制方法，所述方法包括：
步骤S1：确定分段冷却输入参数；
步骤S2：基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数；
步骤S3：基于D数理论，根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值；
步骤S4：基于第t时刻第i个通道的第二融合值确定喷嘴喷射级别；
步骤S5：根据所述喷嘴喷射级别控制第i个通道对应的喷嘴进行分段冷却控制。
可选的，确定分段冷却输入参数，具体包括：
步骤S11：采用最小二乘法确定第t时刻第i个通道的残余板形偏差；
步骤S12：基于相邻两时刻第i个通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差随时间的变化量；
步骤S13：基于第t时刻相邻三通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差在空间上的变化量。
可选的，基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数，具体包括：
步骤S21：判断分段冷却输入参数是否小于下极限值，获得第一判断结果；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数小于下极限值，则执行步骤S22；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数大于或等于下极限值，则判断分段冷却输入参数是否大于上极限值，获得第二判断结果；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数小于上极限值且大于下极限值，则执行步骤S23；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数大于上极限值，则执行步骤S24；
步骤S22：根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数；其中，k为分段冷却输入参数，所述分段冷却中间参数包括低评价等级低评价等级对应的决策评分高评价等级和高评价等级对应的决策评分
步骤S23：根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数；其中，和分别表示向下取整和向上取整符号，Min表示分段冷却输入参数的下极限，Max表示分段冷却输入参数的上极限；
步骤S24：根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数。
可选的，所述基于D数理论，根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值，具体包括：
步骤S31：基于D数理论，根据分段冷却中间参数确定分段冷却输入参数对应的第一融合值；
步骤S32：基于D数理论，根据分段冷却输入参数对应的第一融合值确定第t时刻第i个通道的第二融合值。
可选的，所述根据第t时刻第i个通道的第二融合值确定喷嘴喷射级别，具体包括：
当时，将所述第二融合值向下取整作为喷嘴喷射级别；其中，为向下取整符号，表示为向上取整符号，ξ为常数；
当时，将所述第二融合值向上取整作为喷嘴喷射级别。
本发明还提供一种基于D数理论的分段冷却控制系统，所述系统包括：
分段冷却输入参数确定模块，用于确定分段冷却输入参数；
分段冷却中间参数确定模块，用于基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数；
第二融合值确定模块，用于基于D数理论，根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值；
喷嘴喷射级别确定模块，用于基于第t时刻第i个通道的第二融合值确定喷嘴喷射级别；
控制模块，用于根据所述喷嘴喷射级别控制第i个通道对应的喷嘴进行分段冷却控制。
可选的，所述分段冷却输入参数确定模块，具体包括：
残余板形偏差确定单元，用于采用最小二乘法确定第t时刻第i个通道的残余板形偏差；
第一变化量确定单元，用于基于相邻两时刻第i个通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差随时间的变化量；
第二确定单元，用于基于第t时刻相邻三通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差在空间上的变化量。
可选的，所述分段冷却中间参数确定模块，具体包括：
判断单元，用于判断分段冷却输入参数是否小于下极限值，获得第一判断结果；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数小于下极限值，则执行“第一分段冷却中间参数确定单元”；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数大于或等于下极限值，则判断分段冷却输入参数是否大于上极限值，获得第二判断结果；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数小于上极限值且大于下极限值，则执行“第二分段冷却中间参数确定单元”；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数大于上极限值，则执行“第三分段冷却中间参数确定单元”；
第一分段冷却中间参数确定单元，用于根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数；其中，k为分段冷却输入参数，所述分段冷却中间参数包括低评价等级低评价等级对应的决策评分高评价等级和高评价等级对应的决策评分
第二分段冷却中间参数确定单元，用于根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数；其中，和分别表示向下取整和向上取整符号，Min表示分段冷却输入参数的下极限，Max表示分段冷却输入参数的上极限；
第三分段冷却中间参数确定单元，用于根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数。
可选的，所述第二融合值确定模块，具体包括：
第一融合值确定单元，用于基于D数理论，根据分段冷却中间参数确定分段冷却输入参数对应的第一融合值；
第二融合值确定单元，用于基于D数理论，根据分段冷却输入参数对应的第一融合值确定第t时刻第i个通道的第二融合值。
可选的，所述喷嘴喷射级别确定模块，具体包括：
向下取整单元，用于当时，将所述第二融合值向下取整作为喷嘴喷射级别；其中，为向下取整符号，表示为向上取整符号，ξ为常数；
向上取整单元，用于当时，将所述第二融合值向上取整作为喷嘴喷射级别。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种基于D数理论的分段冷却控制方法及系统，所述方法包括：首先确定分段冷却输入参数；其次基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数；再次基于D数理论，根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值；然后基于第t时刻第i个通道的第二融合值确定喷嘴喷射级别；最后根据所述喷嘴喷射级别控制第i个通道对应的喷嘴进行分段冷却控制。本发明基于D数理论确定喷嘴喷射级别，进而提高分段冷却控制精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例基于D数理论的分段冷却控制方法流程图；
图2为本发明实施例基于D数理论的分段冷却控制系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于D数理论的分段冷却控制方法及系统，以提高分段冷却控制精度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
在轧制过程中轧辊在任何时候都有一个基本冷却量，该基本冷却量为最大冷却量的1/3，因此入口侧喷嘴喷射等级不得小于3级，喷射级别由二级计算机通过计算得到，喷嘴喷射级别可在0～10级范围内调节，分段冷却控制系统的输出用C表示，也就是喷嘴喷射级别；所述喷嘴喷射级别共分为10级，0级表示2S内完全关闭该喷嘴，1级表示2S内喷嘴开0.2S，2级表示2s内喷嘴开0.4s，3级表示2s内喷嘴开0.6s，4级表示2s内喷嘴开0.8s，5级表示2s内喷嘴开1s，6级表示2s内喷嘴开1.2s，7级表示2s内喷嘴开1.4s，8级表示2s内喷嘴开1.6s，9级表示2s内喷嘴开1.8s，10级表示2s内喷嘴全开。
图1为本发明实施例基于D数理论的分段冷却控制方法流程图，如图1所示，本发明公开一种基于D数理论的分段冷却控制方法，所述方法包括：
步骤S1：确定分段冷却输入参数。
步骤S2：基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数。
步骤S3：基于D数理论，根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值。
步骤S4：基于第t时刻第i个通道的第二融合值确定喷嘴喷射级别。
步骤S5：根据所述喷嘴喷射级别控制第i个通道对应的喷嘴进行分段冷却控制。
下面对各个步骤进行详细论述。
步骤S1：确定分段冷却输入参数，具体包括：
步骤S11：采用最小二乘法确定第t时刻第i个通道的残余板形偏差，具体包括：
步骤S111：采用最小二乘法计算中的第t时刻地i通道的调节机构的调节量ΔUi(t)；其中：t为大于等于2的正整数，ΔUi(t)表示第t时刻第i个通道的调节机构的调节量，n表示通道总数，n为大于等于3的正整数，Devi(t)表示第t时刻第i个通道的实测的板形偏差，Effi表示第i个通道的板形调控功效系数。
步骤S112：根据第t时刻第i个通道的调节机构的调节量计算第t时刻第i个通道的残余板形偏差，具体公式为：
Ei(t)＝Devi(t)-Effi·ΔUi(t)；
其中：Ei(t)表示第t时刻第i个通道的残余板形偏差，Devi(t)表示第t时刻第i个通道的实测的板形偏差，Effi表示第i个通道的板形调控功效系数，ΔUi(t)表示第t时刻第i个通道的调节机构的调节量。
步骤S12：基于相邻两时刻第i个通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差随时间的变化量，具体公式为：
其中：ECi(t)表示第t时刻第i个通道板形偏差随时间的变化量；Ei(t)表示第t时刻第i个通道的残余板形偏差；Ei(t-1)表示第t-1时刻第i个通道的残余板形偏差；T表示分段冷却控制过程的控制周期，一般取值为2s。
步骤S13：基于第t时刻相邻三通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差在空间上的变化量，具体公式为：
ESi(t)＝Ei-1(t)+Ei+1(t)-2·Ei(t)；
其中：ESi(t)表示第t时刻第i个通道板形偏差在空间上的变化量；Ei-1(t)表示第t时刻第i-1个通道的残余板形偏差；Ei+1(t)表示第t时刻第i+1个通道的残余板形偏差；Ei(t)表示第t时刻第i个通道的残余板形偏差。
步骤S2：基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数，具体包括：
步骤S21：判断分段冷却输入参数是否小于下极限值，获得第一判断结果；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数小于下极限值，则执行步骤S22；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数大于或等于下极限值，则判断分段冷却输入参数是否大于上极限值，获得第二判断结果；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数小于上极限值且大于下极限值，则执行步骤S23；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数大于上极限值，则执行步骤S24；所述分段冷却输入参数包括第t时刻第i个通道的残余板形偏差Ei(t)，第t时刻第i个通道的实测板形偏差随时间的变化量ECi(t)和第t时刻第i个通道的实测板形偏差在空间上的变化量ESi(t)。
步骤S22：根据确定分段冷却输入参数k对应的分段冷却中间参数；其中，k为分段冷却输入参数，所述分段冷却中间参数包括低评价等级低评价等级对应的决策评分高评价等级和高评价等级对应的决策评分
步骤S23：根据确定分段冷却输入参数k对应的分段冷却中间参数；其中，和分别表示向下取整和向上取整符号，Min表示分段冷却输入参数k的下极限，Max表示分段冷却输入参数k的上极限；残余板形偏差Ei(t)的取值范围为[-10I,+10I]；残余板形偏差随时间的变化量ECi(t)取值范围为[-60,+60]；残余板形偏差在空间上的变化量ESi(t)取值范围为[-3.6,+3.6]。
步骤S24：根据确定分段冷却输入参数k对应的分段冷却中间参数。
步骤S3：基于D数理论，根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值，具体包括：
本发明中评估等级总共由六个级别构成，分别为零级、一级、二级、三级、四级、五级，其中，零级对应的输出评价值L(0)＝0，一级对应的输出评价值L(1)＝2，二级对应的输出评价值L(2)＝4，三级对应的输出评价值L(3)＝6，四级对应的输出评价值L(4)＝8，五级对应的输出评价值L(5)＝10。
步骤S31：基于D数理论，根据分段冷却中间参数确定分段冷却输入参数对应的第一融合值，具体公式为：
其中，I(k)为分段冷却输入参数对应的第一融合值，表示分段冷却输入参数k对应的低评价等级，为低评价等级对应的输出评价值，表示分段冷却输入参数k对应的低评价等级对应的决策评分，表示分段冷却输入参数k对应的高评价等级，为高评价等级对应的输出评价值，表示分段冷却输入参数k对应的高评价等级对应的决策评分。
步骤S32：基于D数理论，根据分段冷却输入参数对应的第一融合值确定第t时刻第i个通道的第二融合值，具体公式为：
Ii(t)＝I[Ei(t)]α+I[ECi(t)]β+I[ESi(t)]δ；
其中，Ii(t)为第t时刻第i个通道的第二融合值，α为第t时刻第i个通道的残余板形偏差Ei(t)对应的比例系数，β为第t时刻第i个通道的实测板形偏差随时间的变化量ECi(t)对应的比例系数，δ为第t时刻第i个通道的实测板形偏差在空间上的变化量ESi(t)对应的比例系数，α、β和δ所占权重分别为0.5、0.3和0.2。
由于分段冷却控制以占空比的形式进行输出，因此其每次输出都必须是一个整数，因此第t时刻第i个通道的第二融合值需要整数化；在处理这种情况时，一般按照靠近原则取最接近的论域上的点作为输出结果。首先设定一个值ε为输出的整数化提供依据，一般取值为0.5，具体步骤S4具体包括：
步骤S41：当时，将所述第二融合值向下取整作为喷嘴喷射级别；其中，为向下取整符号，表示为向上取整符号，ξ为常数，通常ξ取0.5。
步骤S42：当时，将所述第二融合值向上取整作为喷嘴喷射级别。
步骤S5：根据所述喷嘴喷射级别控制第i个通道对应的喷嘴进行分段冷却控制。
图2为本发明实施例基于D数理论的分段冷却控制系统结构图，如图2所示，本发明提供一种基于D数理论的分段冷却控制系统，所述系统包括：
分段冷却输入参数确定模块1，用于确定分段冷却输入参数；
分段冷却中间参数确定模块2，用于基于所述分段冷却输入参数确定分段冷却中间参数；
第二融合值确定模块3，用于基于D数理论，根据所述分段冷却中间参数确定第t时刻第i个通道的第二融合值；
喷嘴喷射级别确定模块4，用于基于第t时刻第i个通道的第二融合值确定喷嘴喷射级别；
控制模块5，用于根据所述喷嘴喷射级别控制第i个通道对应的喷嘴进行分段冷却控制。
作为一种实施方式，本发明所述分段冷却输入参数确定模块1具体包括：
残余板形偏差确定单元，用于采用最小二乘法确定第t时刻第i个通道的残余板形偏差；
第一变化量确定单元，用于基于相邻两时刻第i个通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差随时间的变化量；
第二确定单元，用于基于第t时刻相邻三通道的残余板形偏差确定第t时刻第i个通道的实测板形偏差在空间上的变化量。
作为一种实施方式，本发明所述分段冷却中间参数确定模块2具体包括：
判断单元，用于判断分段冷却输入参数是否小于下极限值，获得第一判断结果；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数小于下极限值，则执行“第一分段冷却中间参数确定单元”；如果所述第一判断结果表示分段冷却输入参数大于或等于下极限值，则判断分段冷却输入参数是否大于上极限值，获得第二判断结果；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数小于上极限值且大于下极限值，则执行“第二分段冷却中间参数确定单元”；如果第二判断结果表示分段冷却输入参数大于上极限值，则执行“第三分段冷却中间参数确定单元”；
第一分段冷却中间参数确定单元，用于根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数；其中，k为分段冷却输入参数，所述分段冷却中间参数包括低评价等级低评价等级对应的决策评分高评价等级和高评价等级对应的决策评分
第二分段冷却中间参数确定单元，用于根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数；其中，和分别表示向下取整和向上取整符号，Min表示分段冷却输入参数的下极限，Max表示分段冷却输入参数的上极限；
第三分段冷却中间参数确定单元，用于根据确定分段冷却输入参数对应的分段冷却中间参数。
作为一种实施方式，本发明所述第二融合值确定模块3，具体包括：
第一融合值确定单元，用于基于D数理论，根据分段冷却中间参数确定分段冷却输入参数对应的第一融合值；
第二融合值确定单元，用于基于D数理论，根据分段冷却输入参数对应的第一融合值确定第t时刻第i个通道的第二融合值。
作为一种实施方式，本发明所述喷嘴喷射级别确定模块4，具体包括：
向下取整单元，用于当时，将所述第二融合值向下取整作为喷嘴喷射级别；其中，为向下取整符号，表示为向上取整符号，ξ为常数。
向上取整单元，用于当时，将所述第二融合值向上取整作为喷嘴喷射级别。
具体举例：
如表1所示，本发明给出了分段冷却输入参数的比例系数以及取值范围，如表2所示公开了实测板形数据，将表2中的实测板形数据代入步骤S11-S13即可求得分段冷却输入参数的具体数值。
表1分段冷却输入参数取值表
表2实测板形数据
本发明以某一时刻第1通道为例进行论述，将上述计算获得分段冷却输入参数的具体数值代入步骤21-步骤24，可获得第1个通道分段冷却输入参数对应的中间参数如表3所示。
表3第1个通道分段冷却输入参数对应的中间参数
将表3中的中间参数进行分布融合计算，获得第一融合值，具体如下：
I[E1(t)]＝6*0.913+8*0.087＝5.478+0.696＝6.174。
I[EC1(t)]＝4*0.525+6*0.475＝2.1+2.85＝4.95。
I[ES1(t)]＝2*0.921+4*0.078＝1.842+0.312＝2.154。
第t时刻第1通道的第二融合值Ii(t)＝6.174*0.5+4.95*0.3+2.154*0.2＝4.1028。
根据步骤S41确定出喷嘴喷射级别为4，因此通过分段冷却执行机构控制第i个通道对应的喷嘴2S内开0.8S，实现分段冷却控制。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
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