本發(fā)明屬帶鋼連續(xù)熱鍍鋅技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于數(shù)據(jù)庫(kù)的帶鋼連續(xù)熱鍍鋅鍍層厚度控制方法。

背景技術(shù)：

帶鋼熱鍍鋅是復(fù)雜的多變量系統(tǒng)，控制對(duì)象具有非線性、時(shí)變、大滯后、多變量耦合等特性，尤其是鍍層厚度測(cè)量存在嚴(yán)重純滯后，導(dǎo)致鍍層厚度控制精度普遍不高。

現(xiàn)有技術(shù)中，鍍層厚度自動(dòng)控制技術(shù)大多建立在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)模型的依賴(lài)程度較高。而帶鋼連續(xù)熱鍍鋅過(guò)程難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，因此鍍層厚度的控制精度都不理想，同時(shí)控制系統(tǒng)魯棒性還有待提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明提出一種基于數(shù)據(jù)庫(kù)的帶鋼連續(xù)熱鍍鋅鍍層厚度控制方法，實(shí)現(xiàn)了鍍層厚度自動(dòng)控制，有效解決鍍層厚度偏差過(guò)大、調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)總體方案：

選擇氣刀壓力作為鍍層厚度連續(xù)調(diào)節(jié)手段；氣刀間距(氣刀與帶鋼的距離)、氣刀高度只在變規(guī)格過(guò)程調(diào)整一次；在保證氣刀安全的前提下，降低氣刀間距(氣刀與帶鋼的距離)和氣刀高度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低氣刀風(fēng)機(jī)的能耗；

首先根據(jù)熱鍍鋅鍍層厚度模型和歷史數(shù)據(jù)建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)，將帶鋼連續(xù)熱鍍鋅過(guò)程劃分為多個(gè)工作狀態(tài)并離散成工作點(diǎn)，保證每個(gè)控制點(diǎn)都能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)到；根據(jù)生產(chǎn)線工藝要求為每個(gè)鍍層厚度規(guī)格提供一組標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)，作為帶鋼熱鍍鋅的初始工藝參數(shù)；

鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)，包括鍍層厚度規(guī)格、氣刀間距(氣刀與帶鋼的距離)設(shè)定、氣刀高度、帶鋼速度設(shè)定、氣刀壓力設(shè)定、氣刀壓力學(xué)習(xí)率；采用數(shù)學(xué)模型結(jié)合歷史數(shù)據(jù)的方法來(lái)確定數(shù)據(jù)庫(kù)中氣刀壓力設(shè)定和氣刀壓力學(xué)習(xí)率的初值，首先利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出不同工作狀態(tài)下氣刀工藝設(shè)定值，然后根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)定值進(jìn)行校正，建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)；按照鍍層厚度檢測(cè)滯后時(shí)間進(jìn)行采樣控制，采用變?cè)鲆鍼型迭代學(xué)習(xí)控制器；

自動(dòng)控制投入后，首先記錄當(dāng)前工作點(diǎn)的狀態(tài)量，包括鍍層厚度規(guī)格、氣刀間距(氣刀與帶鋼的距離)設(shè)定、氣刀高度設(shè)定、帶鋼速度設(shè)定，并輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)出對(duì)應(yīng)的控制量包括氣刀壓力和氣刀壓力學(xué)習(xí)率，然后投入采樣控制回路；當(dāng)控制對(duì)象工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，關(guān)閉采樣控制過(guò)程，并將當(dāng)前的氣刀壓力設(shè)定和氣刀壓力學(xué)習(xí)率控制量通過(guò)線性加權(quán)的方法填充到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中控制量的更新。

a建立數(shù)據(jù)庫(kù)

按照帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)工藝要求，將鍍層厚度規(guī)格、帶鋼速度、氣刀間距(氣刀與帶鋼的距離)狀態(tài)量劃分成多個(gè)等級(jí)，按照不同的排列組合方式建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)條目，數(shù)據(jù)庫(kù)中每個(gè)條目對(duì)應(yīng)帶鋼連續(xù)熱鍍鋅過(guò)程的一個(gè)工作點(diǎn)；

利用熱鍍鋅機(jī)理模型：

P＝kW^aV^bD^c

P-氣刀風(fēng)壓實(shí)際值；

D-氣刀與帶鋼的距離實(shí)際值；

V-帶鋼速度實(shí)際值；

W-鍍層厚度實(shí)際值；

k、a、b、c模型參數(shù)；

收集熱鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，包括不同工作狀態(tài)下鍍層厚度規(guī)格、速度設(shè)定、氣刀風(fēng)壓設(shè)定、氣刀間距(氣刀與帶鋼的距離)實(shí)際值數(shù)據(jù)，采用多元回歸分析方法估計(jì)模型參數(shù)k，a，b，c值，建立鍍層厚度數(shù)學(xué)模型；將鍍層厚度設(shè)定值W_set、帶鋼速度實(shí)際值V、氣刀與帶鋼距離實(shí)際值D帶入數(shù)學(xué)模型，計(jì)算不同工作狀態(tài)下的氣刀壓力設(shè)定值P_set；

利用鍍層厚度數(shù)學(xué)模型計(jì)算不同工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的氣刀壓力初始設(shè)定值P_set(0)，建立氣刀壓力設(shè)定值數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)學(xué)模型中鍍層厚度對(duì)氣刀壓力求導(dǎo)數(shù)可以計(jì)算不同工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的氣刀壓力初始學(xué)習(xí)率設(shè)定值L(0)，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)控制量進(jìn)行校對(duì)，作為鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)的初始控制量；

b采樣控制邏輯

采樣控制投入后，首先對(duì)當(dāng)前氣刀調(diào)節(jié)量采樣，同時(shí)帶鋼位置計(jì)算啟動(dòng)，根據(jù)帶鋼線速度實(shí)時(shí)計(jì)算采樣點(diǎn)運(yùn)行位置，當(dāng)采樣點(diǎn)到達(dá)鍍層測(cè)厚儀時(shí)，開(kāi)始記錄鍍層厚度測(cè)量值，帶鋼經(jīng)過(guò)鍍層測(cè)厚儀s米時(shí)將帶鋼位置計(jì)算清零并停止測(cè)量，然后計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的鍍層厚度偏差值并啟動(dòng)迭代學(xué)習(xí)控制；調(diào)節(jié)完畢后再次記錄氣刀調(diào)節(jié)量，啟動(dòng)下一次采樣控制；

焊縫過(guò)氣刀的控制邏輯，焊縫在氣刀前m米和鍍層測(cè)厚儀后m米范圍內(nèi)，不進(jìn)行采樣控制；焊縫在氣刀前n米時(shí)，根據(jù)下一條帶鋼鍍層規(guī)格，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)出一組標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)，并允許操作工手動(dòng)修改，當(dāng)焊縫到達(dá)氣刀時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)下發(fā)到氣刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)；鍍層厚度變規(guī)格時(shí)，如果當(dāng)前帶鋼薄鍍層，下一條帶鋼是厚鍍層時(shí)，在當(dāng)前帶鋼尾部焊縫前a米提前下發(fā)工藝參數(shù)，如果當(dāng)前帶鋼厚鍍層，下一條帶鋼薄鍍層時(shí)，在下一條帶鋼頭部焊縫后a米延后下發(fā)工藝參數(shù)；

c迭代學(xué)習(xí)控制

迭代學(xué)習(xí)控制采用變?cè)鲆鍼型迭代學(xué)習(xí)控制器，迭代學(xué)習(xí)初始學(xué)習(xí)率L(0)，

計(jì)算第K+1次迭代學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)率L(k+1)：

P_delta(k+1)-第k+1次迭代學(xué)習(xí)控制氣刀壓力設(shè)定值變化量；

W_delta(k+1)-第k+1次迭代學(xué)習(xí)控制鍍層厚度實(shí)際值變化量；

W_delta(k+1)＝W_set-W_act(k+1)

W_set-鍍層厚度目標(biāo)值；

W_act(k+1)-第K+1迭代學(xué)習(xí)控制鍍層厚度測(cè)量值；

計(jì)算第K+1次迭代學(xué)習(xí)控制氣刀壓力設(shè)定值P_set(k+1)：

P_set(k+1)＝P_set(k)+P_delta(k+1)

P_set(k)-第K次迭代學(xué)習(xí)控制氣刀壓力設(shè)定值；P_set(0)迭代學(xué)習(xí)控制投入前鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)中氣刀壓力初始設(shè)定值；

通過(guò)鍍層厚度偏差對(duì)迭代學(xué)習(xí)次數(shù)進(jìn)行限制，當(dāng)鍍層厚度偏差絕對(duì)值小于1-1.5g/m²時(shí)或者當(dāng)前鍍層厚度偏差絕對(duì)值大于前一次采樣控制的鍍層厚度偏差絕對(duì)值，停止迭代學(xué)習(xí)計(jì)算，當(dāng)鍍層厚度偏差絕對(duì)值大于1.5-2g/m²時(shí)，迭代學(xué)習(xí)再次投入；記錄當(dāng)前和前一次采樣控制的鍍層厚度偏差減少比例，選擇偏差減少比例較大的采樣控制對(duì)應(yīng)的迭代學(xué)習(xí)率作為下一次采樣控制的迭代學(xué)習(xí)率；

d數(shù)據(jù)庫(kù)更新

當(dāng)控制對(duì)象工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，關(guān)閉當(dāng)前采樣控制過(guò)程，對(duì)新的工作狀態(tài)進(jìn)行采樣控制，并將當(dāng)前的氣刀壓力設(shè)定和氣刀壓力學(xué)習(xí)率控制量通過(guò)線性加權(quán)的方法填充到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中控制量的更新；

L(k+1)＝p*L(k)+(1-p)*L(k-1)

當(dāng)前的氣刀壓力學(xué)習(xí)率的權(quán)值P取0.1-0.9。

本發(fā)明提出的一種帶鋼連續(xù)熱鍍鋅鍍層厚度控制方法，實(shí)現(xiàn)了鍍層厚度自動(dòng)控制和控制量持續(xù)優(yōu)化，能夠有效解決鍍層厚度偏差過(guò)大、調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，尤其是在鍍層厚度變規(guī)格過(guò)程效果更為明顯。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的控制流程圖；

圖2為本發(fā)明的控制系統(tǒng)框圖；

圖3為本發(fā)明的單面鍍層厚度規(guī)格40g/m²的應(yīng)用效果圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。

鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)總體方案

選擇氣刀壓力作為鍍層厚度連續(xù)調(diào)節(jié)手段；氣刀間距、氣刀高度只在變規(guī)格過(guò)程調(diào)整一次；在保證氣刀安全的前提下，降低刀間距和氣刀高度，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低氣刀風(fēng)機(jī)的能耗；

首先根據(jù)熱鍍鋅鍍層厚度模型和歷史數(shù)據(jù)建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)，將帶鋼連續(xù)熱鍍鋅過(guò)程劃分為多個(gè)工作狀態(tài)并離散成工作點(diǎn)，保證每個(gè)工作點(diǎn)都能夠在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)到；根據(jù)生產(chǎn)線工藝要求為每個(gè)鍍層厚度規(guī)格提供一組標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)，作為帶鋼的初始工藝參數(shù)；

鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)，包括鍍層厚度規(guī)格、氣刀間距設(shè)定、氣刀高度、帶鋼速度設(shè)定、氣刀壓力設(shè)定、氣刀壓力學(xué)習(xí)率；采用數(shù)學(xué)模型結(jié)合歷史數(shù)據(jù)的方法來(lái)確定數(shù)據(jù)庫(kù)中氣刀壓力設(shè)定和氣刀壓力學(xué)習(xí)率的初值，首先利用數(shù)學(xué)模型計(jì)算出不同工作狀態(tài)下氣刀工藝設(shè)定值，然后根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)定值數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)；按照鍍層厚度檢測(cè)滯后時(shí)間進(jìn)行采樣控制，采用變?cè)鲆鍼型迭代學(xué)習(xí)控制器；

自動(dòng)控制投入后，首先記錄當(dāng)前工作點(diǎn)的狀態(tài)量，包括鍍層厚度規(guī)格、氣刀間距設(shè)定、氣刀高度、帶鋼速度設(shè)定，并輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)出對(duì)應(yīng)的控制量包括氣刀壓力和氣刀壓力學(xué)習(xí)率，然后投入采樣控制；當(dāng)控制對(duì)象工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，關(guān)閉當(dāng)前采樣控制過(guò)程，并將當(dāng)前的氣刀壓力設(shè)定和氣刀壓力學(xué)習(xí)率控制量通過(guò)線性加權(quán)的方法填充到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中控制量的更新；然后對(duì)新的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。

1.1建立數(shù)據(jù)庫(kù)

1按照帶鋼連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)工藝要求建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)，鍍層厚度規(guī)格有單面鍍層厚度40g/m²、50g/m²、60g/m²、90g/m²，以40g/m²規(guī)格為例；帶鋼速度30-160m/min，按照2m/min幅度劃分為66個(gè)等級(jí)；氣刀間距7-10mm，按照1mm幅度劃分成4個(gè)等級(jí)；按照不同的排列組合方式建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)，包含264條工藝數(shù)據(jù)。

利用熱鍍鋅機(jī)理模型：

P＝k*W^aV^bD^c

P-氣刀風(fēng)壓實(shí)際值mbar；

D-氣刀與帶鋼的距離實(shí)際值mm；

V-帶鋼速度實(shí)際值m/min；

W-鍍層厚度實(shí)際值g/m²；

k、a、b、c模型參數(shù)。

收集熱鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)，包括不同工作狀態(tài)下鍍層厚度規(guī)格、速度設(shè)定、氣刀風(fēng)壓設(shè)定、氣刀間距等實(shí)際值數(shù)據(jù)，采用多元回歸分析方法估計(jì)模型參數(shù)k＝1，a＝-0.668226，b＝1.324044，c＝0.935216，建立鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)表，見(jiàn)表1；

利用鍍層厚度數(shù)學(xué)模型計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)中不同工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的氣刀壓力初始設(shè)定值P_set(0)，利用數(shù)學(xué)模型中鍍層厚度對(duì)氣刀壓力求導(dǎo)數(shù)可以計(jì)算不同工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的氣刀壓力初始學(xué)習(xí)率設(shè)定值L(0)：

W＝40帶鋼速度V₀＝100，D₀＝10，L(0)＝-5.438539526；

并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)各個(gè)控制量進(jìn)行校對(duì)，作為數(shù)據(jù)庫(kù)的初始控制量。

1.2采樣控制邏輯

采樣控制投入后，首先對(duì)當(dāng)前氣刀調(diào)節(jié)量采樣，同時(shí)帶鋼位置計(jì)算啟動(dòng)，根據(jù)帶鋼線速度實(shí)時(shí)計(jì)算采樣點(diǎn)運(yùn)行位置，當(dāng)采樣點(diǎn)到達(dá)鍍層測(cè)厚儀時(shí)，開(kāi)始記錄鍍層厚度測(cè)量值，帶鋼經(jīng)過(guò)鍍層測(cè)厚儀5米時(shí)將帶鋼位置計(jì)算清零并停止測(cè)量，然后計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的鍍層厚度偏差值并啟動(dòng)迭代學(xué)習(xí)控制調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)完畢后再次記錄氣刀調(diào)節(jié)量，啟動(dòng)下一次采樣控制；

氣刀過(guò)焊縫的控制邏輯，焊縫在氣刀前30米和鍍層測(cè)厚儀后30米范圍內(nèi)，不進(jìn)行采樣控制；焊縫在氣刀前60米時(shí)，根據(jù)下一條帶鋼鍍層規(guī)格，在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢(xún)出一組標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)，并允許操作工手動(dòng)修改，當(dāng)焊縫到達(dá)氣刀時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)工藝參數(shù)下發(fā)到氣刀執(zhí)行機(jī)構(gòu)；鍍層厚度變規(guī)格時(shí)，如果當(dāng)前帶鋼薄鍍層，下一條帶鋼是厚鍍層時(shí)，可以在當(dāng)前帶鋼尾部焊縫前10米提前下發(fā)工藝參數(shù)，如果當(dāng)前帶鋼厚鍍層，下一條帶鋼薄鍍層時(shí)，可以在下一條帶鋼頭部焊縫后10米延后下發(fā)工藝參數(shù)；

1.3迭代學(xué)習(xí)控制

采用變?cè)鲆鍼型迭代學(xué)習(xí)控制器，迭代學(xué)習(xí)初始學(xué)習(xí)率L(0)，

計(jì)算第K+1次迭代學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)率L(k+1)：

P_delta(k+1)-第k+1次迭代學(xué)習(xí)控制氣刀壓力設(shè)定值變化量；

W _delta(k+1)-第k+1次迭代學(xué)習(xí)控制鍍層厚度實(shí)際值變化量；

W_delta(k+1)＝W_set-W_act(k+1)

W_set-鍍層厚度目標(biāo)值；

W_act(k+1)-第K+1迭代學(xué)習(xí)控制鍍層厚度測(cè)量值；

計(jì)算第K+1次迭代學(xué)習(xí)控制氣刀壓力設(shè)定值P_set(k+1)：

P_set(k+1)＝P_set(k)+P_delta(k+1)

P_set(k)-第K次迭代學(xué)習(xí)控制氣刀壓力設(shè)定值；P_set(0)迭代學(xué)習(xí)控制投入前鍍層厚度數(shù)據(jù)庫(kù)中氣刀壓力設(shè)定值；

通過(guò)鍍層厚度偏差對(duì)迭代學(xué)習(xí)次數(shù)進(jìn)行限制，當(dāng)鍍層厚度偏差絕對(duì)值小于1g/m²時(shí)或者當(dāng)前鍍層厚度偏差絕對(duì)值大于前一次采樣控制的鍍層厚度偏差絕對(duì)值，停止迭代學(xué)習(xí)計(jì)算，當(dāng)鍍層厚度偏差絕對(duì)值大于1.5g/m²時(shí)，迭代學(xué)習(xí)再次投入；記錄當(dāng)前和前一次采樣控制的鍍層厚度偏差減少率，并比較選取減小律大的迭代學(xué)習(xí)率作為當(dāng)前采樣控制的迭代學(xué)習(xí)率。1.4數(shù)據(jù)庫(kù)更新

當(dāng)控制對(duì)象工作狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，關(guān)閉當(dāng)前采樣控制過(guò)程，并將當(dāng)前的氣刀壓力設(shè)定和氣刀壓力學(xué)習(xí)率等控制量通過(guò)線性加權(quán)的方法填充到數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中控制量的更新，當(dāng)前的氣刀壓力學(xué)習(xí)率的權(quán)值取0.6。

表1