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专利号: 2021110886926
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本上无切削的金属机械加工;金属冲压
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.通过多目标优化制定单机架可逆冷轧机轧制规程的方法,其特征在于:包括:步骤1、获取带钢PDI参数、轧机设备参数、轧制工艺参数;

带钢PDI参数包括:带钢钢种、带钢来料厚度、带钢成品厚度、带钢宽度;

轧机设备参数包括:上下工作辊辊径、主电机额定功率、工作辊最大转速、最大轧制力;

轧制工艺参数包括:开卷单位张力、成品道次的卷取单位张力、最大轧制道次数、各道次的最大压下率、各道次的最小压下率、最大开卷速度、各道次的最大轧制速度;

步骤2、根据带钢PDI参数和各道次的最大压下率,确定轧制所需最小道次数作为初始道次数;

所述步骤2中确定轧制所需最小道次数的方法是:从道次数为1开始计算得到满足下式的道次数N,即轧制所需最小道次数:H0(1‑rmax,1)(1‑rmax,2)…(1‑rmax,i)…(1‑rmax,N)≤h,式中,H0为带钢来料厚度;h为带钢成品厚度;rmax,i为第i道次的最大压下率; 此时所求道次数为最小道次数,若单机架可逆冷轧机只能采用奇数道次轧制时,且按上式所求N为偶数时,则令N=N+1;

步骤3、在给定的当前道次数下,采用单纯形优化算法求得使轧制规程多目标函数值最小时的各道次出口厚度和出口单位张力;所述轧制规程多目标函数综合考虑了5个目标项:轧制力均衡并满足轧制力限幅、轧制力设定值能维持最优板形、各道次的电机功率相对均衡并满足电机功率限幅、各道次的压下率尽可能接近给定压下率并满足压下率限幅、各道次的张力设定值满足张力限幅;

所述步骤3具体按如下步骤进行:

步骤3‑1、根据单机架可逆冷轧机的工艺需求和设备限制,确定轧制规程目标函数的优化变量为除成品道次外的各道次的出口厚度和出口单位张力;建立轧制规程多目标函数,该多目标综合考虑了5个方面:轧制力均衡并满足轧制力限幅、轧制力设定值能维持最优板形、各道次的电机功率相对均衡并满足电机功率限幅、各道次的压下率尽可能接近给定压下率并满足压下率限幅、各道次的张力设定值满足张力限幅;

所述步骤3‑1具体按如下步骤进行:

步骤3‑1‑1、建立轧制力均衡目标函数,以各道次轧制力设定值保持均衡并满足轧机设备所要求的轧制力限幅为目标;

步骤3‑1‑2、建立考虑板形的轧制力目标函数,以各道次轧制力设定值能维持最优板形并满足轧制力限幅为目标;

步骤3‑1‑3、建立电机功率均衡目标函数,以各道次的电机功率相对均衡并满足电机功率限幅为目标;

步骤3‑1‑4、建立压下率目标函数,以各道次的压下量设定值尽可能接近给定压下率设定的压下量并满足压下率限幅为目标;

步骤3‑1‑5、建立张力目标函数,以各道次的张力设定值满足张力限幅为目标;

步骤3‑1‑6、在建立轧制力均衡目标函数、考虑板形的轧制力目标函数、电机功率目标函数、压下率目标函数、张力目标函数的基础上,采用线性加权法建立轧制规程多目标函数;

步骤3‑2、基于给定的当前道次数,确定轧制规程目标函数的优化变量的初始值,即确定除成品道次外的各道次的出口厚度初始值和出口单位张力初始值;

所述步骤3‑2具体按如下步骤进行:

步骤3‑2‑1、采用beta因子理论计算各道次的压下率,进而求出各道次的出口厚度的初始值;

所述步骤3‑2‑1具体按如下步骤进行:

步骤3‑2‑1‑1:根据各道次的最大压下率、各道次的最小压下率计算beta权重因子β:其中,

式中,β为beta权重因子,0≤β≤1;N为轧制道次数;H0为带钢来料厚度;h为带钢成品厚度;εmax,i为机架真应变的最大值;εmin,i为机架真应变的最小值;rmax,i为第i道次最大压下率;rmin,i为第i道次最小压下率;

步骤3‑2‑1‑2:通过beta权重因子计算各道次的真应变:εi=β·εmax,i+(1‑β)·εmin,i,式中,εi为各道次的真应变;

步骤3‑2‑1‑3:根据压下率和真应变关系,计算各道次的压下率:步骤3‑2‑1‑4:计算成品道次外的各道次出口厚度的初始值:式中,hini,i为各道次出口厚度的初始值;

步骤3‑2‑2:确定各道次出口单位张力的初始值;

步骤3‑3、根据电机转速限制和工艺限制条件,确定各道次的初始轧制速度设定值;

步骤3‑4、采用Nelder‑Mead单纯形算法,搜索使总目标函数值最小的各道次出口厚度和出口单位张力;

所 述步骤3‑4具体按如下步骤进行:

步骤3‑4‑1、将各道次的出口厚度初始值和出口单位张力初始值组成的向量作为初始顶点,通过将初始顶点中每个元素分别增加固定步长来构造初始单纯形的其它顶点;

步骤3‑4‑2、根据各道次的出口厚度和出口单位张力,计算各道次的轧制力、轧制力矩及电机功率;

步骤3‑4‑3、根据电机额定功率、额定转速以及最大开卷速度、各道次最大轧制速度,调整各道次轧制速度,并修正电机功率;

步骤3‑4‑4、将计算的各道次轧制力、电机功率、压下率代入建立轧制规程多目标函数中,计算建立轧制规程多目标函数值;

步骤3‑4‑5、判断是否满足收敛条件,若满足收敛条件,则 即为最优解,否则通过单纯形的反射、延伸、收缩和减小棱长算法重新搜索得到各道次出口厚度和出口单位张力,重复步骤3‑4‑2~步骤3‑4‑5;

收敛条件为:

式中 为:

式中,ε为搜索终止条件;

步骤4、判断当前道次数是否超过最大轧制道次数,是,则执行步骤6,否则,执行步骤5;

步骤5、若当前单机架可逆冷轧机允许采用奇偶道次轧制,则对当前道次数加1作为新的道次数,返回步骤3;若当前单机架可逆冷轧机只能采用奇数道次轧制,则对当前道次数加2作为新的道次数,返回步骤3;

步骤6、根据步骤3中的目标函数值确定最优的轧制规程,当目标函数值最小时的道次数及各道次出口厚度和出口单位张力即为最优的单机架可逆冷轧机轧制规程。

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