材料成型过程控制复习要点20111~2012

材料成型过程控制复习要点材料成型过程控制复习要点 第一章第一章 1 过程计算机控制系统的硬件和软件的具体组成是那些 过程计算机控制系统的硬件和软件的具体组成是那些 过程计算机控制系统的硬件主要是由 一 主机 二 外部设备 三 过程输入输出设备 四 人机联系设备和通讯设备等组成的 一 主机 主机控制的核心是 1 中央处理器 CPU 2 内存储器 RAM ROM 组成的 二 外部设备 常用的外部设备按功能可分为三类 1 输入设备 2 输出设备 3 外存储器 三 过程输入输出 I O 设备 过程输入包括模拟量输入通道 简称 A D 通道 和开关量输入通道 简称 DI 通道 分别用来输入生产过 程的模拟信号 如温度 压力 流量 料位等 开关量信号或数字量信号 过程输出包括模拟量输出通道 简称 D A 通道 和开关量输出通道 简称 DO 通道 D A 通道把数字信号 转换成模拟信号后再输出 DO 通道则直接输出开关量信号或者数字量信号 四 通讯设备 现代化工业生产过程的规模一般比较大 对生产过程的控制和管理也很复杂 往往需要几台或几十台计算 机才能分别完成控制和管理任务 这样 在不同地理位置 不同功能的计算机之间或设备之间 就需要通 过通信设备进行信息交换 为此 需要把多台计算机或设备连接起来 构成计算机通信网络 软件 1 系统软件 2 应用软件 2 计算机在热轧系统中的控制功能有那些 计算机在热轧系统中的控制功能有那些 计算机在热连轧带钢系统中的主要控制功能有以下几点 1 跟踪 2 步进加热炉控制 3 预设定 4 终轧温度和卷取温度控制 5 设备控制 3 轧制过程控制的发展方向是什么 轧制过程控制的发展方向是什么 1 改进计算机控制系统的配置形式 在进一步提高计算机系统的可靠性和稳定性的同时 必须进一步改进其配置形式 在广泛发展过程控制 计算机系统的同时 大力发展管理机系统 使管理机与控制机有机地结合起来 组成分级集成或者分布式 控制系统 2 进一步提高和完善检测仪表和控制系统的性能和功能 在轧制速度越来越高 产品范围越来越广 质量要求越来越严格的情况下 检测仪表的性能以及控制系统 的功能只有进一步提高和完善 才能与之相适应 3 进一步应用现代控制理论 自适应控制是跟踪轧制过程 保证控制精度的有效手段之一 最优控制是全面考虑机电设备 工艺和控制 系统的条件 是实现最优化生产的保证 但是对一个大型生产系统来说 由于它们的算法比较复杂 往往 限制了它的应用 今后应加强现代控制理论在大型生产系统中应用的研究 简化计算 便于应用 以便实 现最优化生产 过程计算机控制系统的基本类型有那些 各有什么特点 过程计算机控制系统的基本类型有那些 各有什么特点 控制是作为一个系统与生产过程结合在一起的 根据应用特点 控制目的 控制方法和系统的构成 过程 计算机控制系统大体上可分成以下几种基本类型 一 数据收集系统 二 操作指导控制系统 三 直接数字控制系统 四 监督计算机控制系统 五 多级控制系统 六 分散控制系统 举例说明数学模型在计算机控制中的作用 举例说明数学模型在计算机控制中的作用 现以最基本的控制功能 设定控制为例来说明数学模型在计算机控制中的作用及其重要性 在连轧机上 最主要的设备调节参数为各架轧机的空载辊缝 Si 轧辊速度 vi和张力 Ti 在配置有弯辊装置肘 还包括 弯辊力 Ji 设定控制的根本任务就是根据有关的设备特性参数和待轧料的有关信息 通过设定控制模型计 算出以上各个参数 调节系统在接受到设定信息之后 迅速将有关设备调控到相应的位置和状态 显然 设定状态决定着未来轧制过来的状态特性 设定控制的基本要求是 轧件较快地通过轧机 对轧辊产生较 少的损伤 并生产出厚度在公差范围内和具有满意板形和表面质量的产品 设定控制的计算过程一般分为两个步骤 第一步是进行负荷分配 即计算出各架轧机的出口厚度 hi 第二步是进行设定计算 即计算出各架轧机的上述设备调节参数 由上述可知 第一 能耗 轧制压力 前滑和机座刚度系数等数学模型 是设定控制计算的基础 第二 负荷分配相当于人工操作时制定压下制度 从本质上讲 它决定了未来轧制过程的状态特性 其合理与否 对轧机产量的高低 调整的难易 产品质量的优劣和事故的多少等均有重要影响 第三 未来的轧制过程 能否按负荷分配所确定的状态特性远行 或者偏离程度的大小 取决于上述设定值的计算精度 然而 它 们的计算精度又取决于上述各个数学模型的预报精度 也就是说 数学模型的预报精度 直接影响设定控 制的精度和效果 因此 数学模型在计算机控制中具有十分重要的作用和地位 在线操作指导系统的组成 在线操作指导系统的组成 A D D A 的含义 的含义 模 数转换器 A D 和数 模转换器 D A 画出现代设定控制模型框图 画出现代设定控制模型框图 数学模型的作用 数学模型的作用 数学模型的根本作用在于它将客观原型化繁为简 化难为易 便于人们采用定量的方法分析和解决实际问 题 正因为如此 数学模型在科学发展 科学预见 科学预测 科学管理 科学决策 驾控市场经济乃至 个人高效工作和生活等众多方面发挥着特殊的重要作用 马克思指出 一种科学只有成功地应用数学时 才算达到了真正完善的地步 数学模型给科学研究的对象一定量描述 从而把科学推向更高的阶段 根据式 1 1 推导式 1 2 第二章第二章 1 什么叫数学模型 什么叫数学模型 对于一个现实对象 为了一个特定目的 根据其内在规律 作出必要的简化假设 运用适当的数学工具 得到的一个数学结构 通俗地讲 数学模型不是原型的复制品 而是为了一定的目的对原型所作的一种抽 象模拟 它用数学式子 数学符号 程序图表等刻划客观事物的本质属性与内在联系 是对现实世界简化 而又本质的描述 最终达到解决实际问题之目的 2 所谓原型 所谓原型 所谓原型 prototype 就是人们在社会实践中所关心和研究的现实世界中的事物 或对象 3 所谓模型 所谓模型 所谓模型 model 是指为了某个特定目的将原型所具有本质属性的某一部分信息经过简化 提炼而构造 的原型替代物 4 建立数学模型的基本步骤 建立数学模型的基本步骤 模型准备 了解实际背景 明确建模目的 搜集有关信息 掌握对象特征 形成一个比较清晰的 问题 模型假设 针对问题特点和建模目的 作出合理的 简化的假设 在合理与简化之间作出折中 模型构成 用数学的语言 符号描述问题 发挥想象力 使用类比法 尽量采用简单的数学工具 模型求解 各种数学方法 软件和计算机技术 模型分析 如结果的误差分析 统计分析 模型对数据的稳定性分析 模型检验 与实际现象 数据比较 检验模型的合理性 适用性 模型应用 分析与设计 预报与决策 控制与优化 规划与管理 5 数学模型的分类 数学模型的分类 应用领域 人口 交通 经济 生态 数学方法 初等数学 微分方程 规划 统计 表现特性 确定和随机 静态和动态 离散和连续 线性和非线性 6 数学建模的基本方法 数学建模的基本方法 机理分析 根据对客观事物特性的认识 找出反映内部机理的数量规律测试分析 将对象看作 黑箱 通过对量测数据的统计分析 找出与数据拟合最好的模型 二者结合 用机理分析建立模型结构 用测试分析确定模型参数 7 模型假设的基本原则 模型假设的基本原则 目的性原则 从原型中抽象出与建模目的有关的因素 简化掉那些与建模目的无关的或关系不大的 因素 真实性原则 假设条款要符合情理 简化带来的误差应满足实际问题所允许的误差范围 简明性原则 所给出的假设条件要简单 准确 有利于构造模型 全面性原则 在对事物原型本身作出假设的同时 还要给出原型所处的环境条件 8 所谓相关系数 所谓相关系数 相关系数 度量变量间相关关系的一类指标的统称 就参数统计而言 常用的是皮尔逊积矩相关系数 即 协方差与两变量标准差乘积的比值 是没有量纲的 标准化的协方差 9 如何根据相关系数来判断两变量之间的关系 如何根据相关系数来判断两变量之间的关系 1 r 的取值范围是 1 1 2 r 1 为完全相关 r 1 为完全正相关 r 1 为完全负正相关 3 r 0 不存在线性相关关系 4 1 r 0 为负相关 5 0 r 1 为正相关 6 r 越趋于 1 表示关系越密切 r 越趋于 0 表示关系越不密切 10 所谓回归分析 所谓回归分析 回归分析 通过一个或几个变量的变化去解释另一变量的变化 包括找出自变量与因变量 设定数学模型 检验模型 估计预测等环节 11 简述最小二乘法的原理 简述最小二乘法的原理 用这样的直线来代表x与y的关系所得到的结果与实际数据之间的误差比用任何其它直线都要小 它是代 表 x 与 y 直线关系中最为合理的一条直线 若用 xi yi i 1 2 n 表示 n 个观测数据组 即n个观测点 任意一条直线方程可写为 y a bx 如规定用此直线代表 x与 y 的关系 则对每个已知的观测点 xi yi 就应该用同一横坐标xi在直 线 y 上的点 纵坐标为 y a bxi 来代替实际观测值 yi 这时误差为 ei yi yi yi a bxi n个观测点所引起的误差之和构成了总的误差 ei e1 e2 en 而应用其绝对值 ei 就可避免此问题 但又会给以后的数学处理带来麻烦 所以采用各误差的平方 代数和 即 Q ei2 yi a bxi 2 作为总的误差 回归直线就是在所有的直线中误差平方和Q为最小的那条直线 或者说 回归直线的 常数a及系数b 必须是使Q值达到极小值的常数a和系数b 由数学分析中的函数极值原理 使Q达到极小值的必要条件是 1 使因变量的观察值与估计值之间的离差平方和达到最小的方法 即 2 用最小二乘法拟合的直线来代表x与y之间的关系与实际数据的误差比其他任何直线都小 12 回归平方和 误差平方和的实质是什么 回归平方和 误差平方和的实质是什么 回归平方和是可以解释的离差 误差平方和是不可以解释的离差 13 何谓判定系数何谓判定系数 判定系数 估计的回归方程拟合度的度量 表明Y 的变异性能被估计的回归方程解释的部分所占比例 14 判定系数与相关系数之间的关系 判定系数与相关系数之间的关系 判定系数的平方根即皮尔逊积矩相关系数 判定系数无方向性 相关系数则有方向 其方向与样本回归系数 b b1 相同 判定系数说明变量值的总离差平方和中可以用回归线来解释的比例 相关系数只说明两变量间关 联程度及方向 相关系数有夸大变量间相关程度的倾向 因而判定系数是更好的度量值 最小 n i i n i i eyyQ 1 2 1 2 10 0 a Q 0 b Q 15 回归系数的检验的步骤 回归系数的检验的步骤 提出假设 确定检验统计量 给定显著性水平 确定临界值 确定原假设的拒绝规则 计算检验统计量并做出决策 优化问题的三要素优化问题的三要素 复相关系数检验步骤 复相关系数检验步骤 具体检验步骤为 a 假设回归方程是不显著的 即 H0 方程不显著 H1 方程显著 b 求复相关系数 R 由 R 值 再计算出 F 值 c 根据 K n 值 在一定显著度 条件下 由 F 检验临界值表查临界值 F d 将 F 值与 F 值进行比较 如 F F 则回归方程拟合程度差 即 y 与 x z 间线性关系差 如 F F 则 回归方程拟会程度好 即 y 与 x z 间线性关系密切 方程有使用价值 复相关系数的实质 R 反映出因变量 y 和全体自变量在总体上的线性相关程度 应用复相关系数来检验回归方程拟合的程度 一般 0 R 1 R 值越大 表示所配方程使用价值越高 人工智能定义 人工智能定义 定义 AI Artificial Intelligence 是研究怎样使计算机模仿人脑所从事的推理 学习 思考 规划 等思维活动 来解决需人类专家才能处理的复杂问题 传统轧制理论建立的基础是什么 传统轧制理论建立的基础是什么 1 轧辊是匀速转动 圆柱形的不变形刚体 2 轧件是均质 均温 各向同性的理想塑性材料 3 变形过程中金属无横向流动 平面变形假设 4 在同一垂直平面内 各处金属质点的流动速度相同 平断面假设 或接触面上轧件速度与轧辊 速度一致 粘着假设 5 双辊传动 变形过程是上下对称 左右对称的 在此基础之上 人们引用力平衡方程 质量 能量 守恒定律 最小能量原理等 建立并逐步发展了 近代轧制理论 形成了一整套分析轧制过程的计算方法 在其发展进程中 很多研究者贡献出了自己 的智慧 表现出了非凡的才华 形成了各具风格的流派 促使金属轧制这项古老的工艺走进了科学的 殿堂 现代轧钢的特点 现代轧钢的特点 1 多变量 轧制过程中涉及的物理量很多 它们是随着时间进程与空间位置而变化的 如温度 压力 力 速度 流量 张力等 而且很多物理量是以场的形式存在的 如温度场 应力场 应变场 速度场等 2 强耦合 上述变量中 其中任何一个发生变化都将引起其他多个变量发生变化 从而导致整个系统状态的改变 这种变量之间的影响是双向的 例如温度的变化引起轧制力的变化 而轧制力变化引起塑性变形功率 的变化 反过来又引起温度的变化 3 非线性 轧制过程中的很多相关关系是非线性的 这里既有几何非线性问题 也有物理非线性问题 例如应力 应变关系 轧机刚度曲线 轧件塑性曲线等 4 时变性 轧制过程不可能长期稳定地维持在一个理想的最佳点 上述大量非线性 强耦合的变量时时刻刻在变 化着 影响着目标控制量的变化 例如轧辊偏心 引起轧件厚度周期性变化 在 AGC Automatic Gauge Contrl 系统的参与下 以辊缝位置的周期性变化来减小轧辊偏心对厚度波动的影响 人工智能与传统理论有何不同 人工智能与传统理论有何不同 人工智能与传统方法不同 它避开了过去那种对轧制过程深层规律的无止境的探求 转而模拟人脑来处理 那些实实在在发生了的事情 它不是从基本原理出发 而是以事实和数据作根据 来实现对过程的优化控 制 以轧制力为例 在传统方法中 首先需要基于假设和平衡方程推导轧制力公式 研究变形抗力 摩擦 条件 外端等因素的影响 精度不能满足要求时加入经验系数进行修正 而利用人工神经网络进行轧制力 预报 所依据的是大量在线采集到的轧制力数据和当时各种参数的实际值 为了排除偶然性因素 所用的 数据必须是大量的 足以反映出统计性规律 利用这些大量的数据通过一种称之为 训练 的过程告诉计 算机 在什么条件下 什么钢种 C Mn 及各种元素含量多少 多高的温度 压下量多大 在第几机架 实测到的轧制力是多大 经过千百万次的训练 计算机便 记住 了这种因果关系 当你再次给出相似范 围内的具体条件 向它问询轧制力将是多少时 凭借类比记忆功能 计算机就会很容易地给你一个答案 这个答案是可信的 因为它基于事实 是过去千百万次实实在在发生了的真实情况 这样 我们不必再去担心哪一条基本假设脱离实际 也不必怀疑哪一步简化处理过于粗糙 只要我们相信 传感器 相信过去发生的事件 采集到的数据是真实可靠的 就有理由相信预报的结果 人工智能的任务 人工智能的任务 任务 一是探索 诠释人类智能的奥秘 二是将人的某些思维活动物化 以代替和延伸人脑的某些功能 人工智能在轧制领域中已有哪些应用 人工智能在轧制领域中已有哪些应用 在模糊理论和模糊控制方面 有带钢板形的模糊控制 估计碳素钢的变形抗力 进行板厚 张力不相关控 制 棒钢轧机的模糊设定 热带精轧机组的轧制规程设定 利用模糊规则根据热带精轧机组前 3 架的轧制 实绩对后几个机架进行动态修正 利用模糊推理进行冷连轧机组的智能操作指导等 在专家系统应用方面 有冷连轧机厚度精度诊断 热连轧负荷分配 H 型钢孔型设计 型钢质量设计 棒 钢出炉节奏控制 热轧在线传动系统诊断 箔材板形控制 铝材轧机板形控制 坯料精整路线选择 热带 钢轧机的板坯自动搬运 精整线板卷运输等等 在神经网络方面 有冷连轧机组压下规程设定 多辊轧机 板形控制 利用 BP 网络进行板形识别 综合利用神经网络和模糊逻辑进行板形控制 利用自组织模型进 行操作数据分类等等 利用神经网络进行轧制过程自动控制 进行轧制力预报 带钢温度预报和自然宽展预报 如型钢轧制工艺 故障模糊诊断 工字钢孔型设计专家系统 例用神经网络预报热连轧精轧机组轧制力等 人工智能有那些学派 各有什么特点 人工智能有那些学派 各有什么特点 人工智能的主要学派有符号主义 连接主义和行为主义三大学派 符号主义 又称逻辑主义 心理学派或计算机学派 其原理主要为物理符号系统假设和有限合理性原理 1 认为 AI 源于数理逻辑 2 人类的智能的基本单元是符号 认知过程是符号表示下的符号运算 3 代表性成果 LT 逻辑理论家 专家系统 连接主义 又称仿生学派或生理学派 其原理主要为神经网络及神经网络间的连接机制与学习算法 认为 AI 源于仿生学 特别是人脑模型的研究 代表性成果 感知机 BP 算法 行为主义 又称进化主义或控制论学派 其原理为控制论及感知 动作型控制系统 认为 AI 源于控制论 代表性成果 智能控制和智能机器人系统 论证四脚呈长方形的椅子能在不平的地面上放稳 论证四脚呈长方形的椅子能在不平的地面上放稳 第三章第三章 能耗模型定义 能耗模型定义 单位重量 或体积 的轧件产生一定变形所消耗的功量称作能耗 E 能耗模型的作用 能耗模型的作用 选取电机容量 制订并分析 改进工艺制度 以进一步合理地扩大产品范围和发挥设备潜力 叙述能耗模型的电参数测定法 叙述能耗模型的电参数测定法 电参数测定法 此法测试技术简单 精度高 是最常用的一种测定方法 采用这种方法时 最基本的 是测定电机的电枢电流 I 和端电压 V 或直接测定电机的输出功率 W 另外 尚需测量或记录轧件的 宽度 B 出口厚度 h 和轧辊的速度v等工艺参数 获得实测数据后 对直流电机而言 输出功率 W 可按下式计算 W IV 10 3 kW 轧机的理论小时产量 可按下式计算 3600Bhv 10 6 t h 式中 B 板宽 mm h 出口厚度 mm v 轧件速度 m s 轧件比重 t m3 则能耗 E 等于 E W kW h t 按上式计算出各机架的能耗值后 再取各机架的累计值 即可绘制能耗曲线或建立数学模型 画出计算能耗模型程序框图 画出计算能耗模型程序框图 前滑的定义 前滑的定义 在轧制过程中 轧件的出口速度vh稍大于轧辊圆周速度vR的现象称作前滑现象 分析前滑形成的原因 并说说前滑模型在计算机控制中的作用 分析前滑形成的原因 并说说前滑模型在计算机控制中的作用 在轧制过程中 轧件的出口速度vh稍大于轧辊圆周速度vR的现象称作前滑现象 两者的相对偏 差定义为前滑率 或简称前滑 Sh vh vR vR 100 从力学的观点来看 前滑是由剩余摩擦产生的 若以 表示摩擦角 由于自然咬人的条件为 稳定轧制过程的条件为 2 因此在稳定轧制阶段将有接近一半的摩擦变成是多余的 这部分多余的摩擦称作剩余摩擦 为了维持轧制 过程的力学平衡条件 剩余摩擦必须自身平衡 这样 一部分剩余摩擦导致产生前滑 产生逆轧制方向的 摩擦力 另一部分剩余摩擦与之平衡 这种关系示于图所示 有效摩擦 剩余摩擦 测量前滑的方法有那些 测量前滑的方法有那些 测定前滑的方法 根据前滑的定义式可知 通过同步测定轧件的出口速度v h和轧辊的圆周速度vR 就可 计算出前滑S h的观测值 测定v h和vR的方法有很多种 主要的有电测法 光电法和电磁法等 若将式 Sh vh vR vR 100 等式右端的分子和分母同乘以时间 t 则可写出下式 S h llS lR lR 100 式中的lS 和lR分别为同一时间 t 辊面和轧件表面上相应质点运动的距离 因此 可以通过在垂直于轧辊轴线同一截面上 相距一定距离lR刻出两个微细的痕迹 如冲点等 通过 测定轧件表面相应两个痕迹之间的距离lS 即可计算出前滑Sh 这种方法称作刻痕法 大多在试验轧机 上采用 应指出 在生产轧机上不允许在辊面上刻痕 只能通过测定速度的方法来测定前滑 由于现代化 冷连轧机一般都配置有高精度的电机转速测定装置 轧辊圆周速度vR的测定很容易进行 然而 由于轧 制速度高 环境条件比较恶劣 到目前为止 还没有较完善 可靠的测定轧件出口速度v h的方法 因此 现代化的冷连轧机几乎都没有配置前滑检测装置 对生产轧制过程的前滑的试验研究比较薄弱 以致给前 滑模型的研制工作造成一定困难 从轧机的弹性曲线出发 分析如何实现人工调零 从轧机的弹性曲线出发 分析如何实现人工调零 图 1 26 所示的曲线 即反映弹跳值随轧制压力变化的曲线称作轧机的弹性曲线 在几乎所有的情况下 在比较小的压力范围内 弹跳值与压力变化之间呈非线性关系 当压力超过某一值后 两者呈线性关系 在小压力范围内 不完全服从虎克定律 是由于零部件之间存在着间隙 以及处于小接触变形阶段 而且 这个非线性区并非一稳定值 每次换辊之后 都会有所变化 在实际生产和控制中 如果采用变量的刚度系数 Km 又经常变化 十分不便 尤其是存在着间隙的影响 不易准确地确定真正的辊缝 零位 更直接影响辊缝的调整精度 为了便于应用和克服以上缺点 考虑到在大多数情况下 轧机一般都工作在弹性曲线的直线段内 从而把 线段斜率定为刚度系数 使其成为一个常量 应用起来十分方便 加之采用如图 1 27 所示的预压靠调 零位 技术 又可大大提高整个机组的辊缝调整精度 在图 1 27 中 e 和 e 分别为轧机的弹性伸长和弹性压缩线 具有相同的特性 ob 为在所施加的预压力 P0 其值应大于非线性段 的作用下产生的压靠量 b 为这种情况下的零位 b g 为所调整的辊缝值 S0 由于 b g ob S0 则弹跳方程可写为 h S0 P P0 Km 什么叫弹跳方程 什么叫弹跳方程 弹跳方程 在轧制过程中 若将辊缝调整为 S0 在轧制压力作用下 由于轧辊 轴承 压下装置和机架等 不是刚性体 均将产生弹性变形 而使实际辊缝 S 大于空载辊缝 S0 通常 称这种现象叫弹跳现象 称辊 缝的增大量 S 等于 S S0 叫弹跳量 根据虎克定律 可写出下式 P Km S Km S S0 轧机刚度的定义 轧机刚度的定义 P Km S Km h S0 式中的比例常数 Km 称作轧机的刚度系数 显然它是轧机的一个非常重要的特性参数 其值的大小反 映着轧机抵抗弹性变形能力的大小 影响轧机刚度的因素 影响轧机刚度的因素 在轧制压力作用下 导致辊缝变化的因素有 机架的变形 H 压下装置的变形 S 轧辊的变形 R 轴承的变形 B 轴承座和轴承座与机架间的接触变形 C 其它的变形 D 如压头等 刚度系数的测量方法及优缺点 刚度系数的测量方法及优缺点 l 空压靠法 或叫调节压下螺丝法 这种方法是在轧速一定 但不进行轧制的情况下 通过调节压下 螺丝 使工作辊直接接触 处于接触状态 一般的作法是在轧辊以一定速度转动的情况下 逐步调节压下 螺丝 使上 下两工作辊压靠并产生相应的接触变形 记录压下调节量和相应的压下力 把各点连接起来 就可得到如图 1 26 所示的轧机弹性曲线 这种方法的优点是负载可从零一直增大到轧机允许的最大负载 Pmax 轧辊的速度也可达额定速度 简单易 行 尤其适合大型轧机采用 缺点是没有轧制轧件 与实际轧制状态有所不同 2 轧板法 该法又可分为 1 固定辊缝法 这种方法是在保持辊缝一定的情况下 轧制比辊缝大不同厚度的轧件 测定各种情 况下的轧制压力 Pi 和相应的轧出厚度 hi hi 与空载辊缝的差值即相应的弹跳量 同样 可以作出如图 1 27 所示的弹性曲线 这种方法的优点是试验条件与轧制状态基本一致 缺点是试件的厚度受到一定的限制 从而使测定范围较 窄 即轧制压力不可能在较大范围内变化 从而使自变量的离散度较小 2 变辊缝法 这种方法是在每道轧制之前 适当调节压下螺丝 使辊缝产生变化 以轧制出不同厚度的 轧件 第四章第四章 渐消记忆递推回归的实质 渐消记忆递推回归的实质 为了克服增长记忆递推回归对一切数据不论新旧采取同等权重的缺点 可以给新数据以较大的权重 给陈 旧的数据以较小的权重 就可以在适当考虑历史数据的前提下 较大程度地利用新信息来改变回归系数 使回归方程能适应当前的过程状态 这是一种 厚今薄古 的处理方法 即最新一组数据的权重恒为一 而老数据的权则按指数规律下降 所以 这种算法称为渐消记忆的算法 指数平滑法的特点 指数平滑法的特点 假设产生残差 n 的一个重要原因是模型的常数项未能反映出过程状态的变化 那么认为所有的误差都是 由常数项造成的 仅对自适应项 b0进行修正 而不修正其他系数 所以是一种单参数的自适应算法 举例说明自适应控制的必要性 举例说明自适应控制的必要性 不论是用理论方法还是统计方法建立的数学模型 当用于预报时 总会存在残差 其原因可归纳为以下三点 1 模型本身的误差 理论模型 如 Bland Ford 压力模型 前滑模型等 在推导过程中总要接受某些 假设与近似 不可能非常完善 在用于预报时 必然导致误差 而统计模型 如变形抗力 能耗等模型 是根据实测数据用回归的方法得到的 既然实测数据是一些遵从正态分布的随机变量 因此回归方程也必 然存在着误差 2 测量误差 用数学模型预报因变量 y 必须用仪表对各自变量进行检测 而检测仪表总存在着系统 误差与随机误差 当然会导致因变量预报值 Y 的误差 3 过程状态的变化 轧制过程中许多条件在不断地变化着 如随着轧制过程的进行 轧辊表面的光洁 度会因磨损而不断降低 从而使摩擦系数 f 升高 而轧辊直径 D 也在逐渐减小 与此相反 金属的变形和 摩擦所产生的热量会使轧辊直径 D 逐渐增大 但是摩擦系数无法直接测量 轧辊直径也不可能在轧制过程 中测量 因此常常作为常数处理 这样 数学模型就不可能反映轧制过程状态的变化 从而导致预报的误 差 自适应控制系统由那几部分组成 自适应控制系统由那几部分组成 自适应控制的原理示于下图 自适应控制系统由三部分组成 1 实际的生产过程 当输入为 x 输出为 y 时 检测仪表对 y 值进行检测 得到实测值 y 其中包括 测量误差 y y 作为实测信息输入自适应控制系统 2 描述生产过程的数学模型 模型中的自变量 x 采用实测值 x 其中包含量测误差 x 而预报 值 y 一方面作为设定计算结果输给生产过程的控制系统 另一方面则作为预报信息输入自适应控 制系统 3 自适应算法 根据 y 与 y 进行相应的自适应修正计算 得到模型系数的修正值 并用于下次 预报计算 增长记忆递推回归的实质和缺点 增长记忆递推回归的实质和缺点 把回归方程用于预报或控制的同时 可以不断地在线收集新的实测数据 如在第一次使用该方程时 可以 获得一组新的实测数据 yn 1 x1 n 1 x2 n 2 xm n 1 新的数据中包含着过程状态变化的信息 为了使该方程能跟踪系统状态的变化 可以把这组数据与原有的 n 组数据合并 用 n 1 组数据建立新的回 归方程 其系数为 Bn 1 在第二次使用后 再用 n 2 组数据建立新的回归方程 其系数为 Bn 2 这样不 断进行下去 回归系数不断被修正 过程状态也就得到了反映 这种作法的基本思想是对的 但无法在线 使用 因为每次得到新的一组数据以后 都要进行一次包括全部原有数据在内的 m 元回归 这要花费较长 的运算时间 而且数据组数愈多 花费的时间也就愈长 这不能满足在线 实时的要求 另外 原始的和 新的数据都要全部保留 这就要占用愈来愈多的存储容量 因此 这种方法要修改 如果不保存实测数据 只保存根据 n 组数据得到的回归系数 Bn 并根据第 n 1 组数据和 Bn 推算新的回归系数 Bn 1 由于 Bn 包 含着历史数据的信息 所以这种方法就保存了历史数据的作用 但又不须要保存历史数据 这就构成一种 递推算法 在进行递推计算时 这些信息并未丢弃 所以 这种递推算法具有增长记忆 无限记忆 的性 质 故称作增长记忆递推回归 它反映了自适应控制系统自动跟踪状态变化的原理 但是这种算法也存在 一些缺点 随着生产过程的进行 数据组数不断增多 而最新一组数据的影响在这种算法中则不断减小 这表现为增 益矩阵 PnM n 1 愈来愈小 最后会越近于零 这时 不论反映当前过程状态的信息 yn 1 Mn 1Bn 有多大 回归系数也不再发生任何变化 算法从而失去自适应的能力 这种现象称作 饱和 另外 这种算法对全部实测数据都是 一视同仁 的 结果使得早已不能反映当前过程状态的陈旧数据仍 然起着不应起的作用 分析渐消记忆递推回归 指数平滑法 增长记忆递推回归是如何实分析渐消记忆递推回归 指数平滑法 增长记忆递推回归是如何实 现自适应控制的 现自适应控制的 第五章第五章 自动化自动化 轧制自动化轧制自动化 自动控制系统基本组成 自动控制系统基本组成 1 被控对象 指的是生产设备或生产过程 2 被控量 它是被控对象中要求维持等于或接近于给定值的那个物理量 通称为被控量 或被控制量 3 干扰量 或叫扰动量 它是一切扰动被控对象稳定运行 引起被控量偏离给定值的信号 4 检测装置 或叫检测环节 它是用来测量被控量大小 并进一步将它换成为与给定量同一量纲的 一种装置 5 给定量 或叫给定量 是系统的输入量 它是由控制系统以外的装置 或叫给定环节 来给定 可以由计算机或专门的给定装置来提供 它可以是电量 非电量 数字量或模拟量等 给定量就是希望被 控量所能达到的值或接近的值 6 比较环节 它是将给定量与测量量进行比较的一种装置 在框图上它实际上是信号的相加点 用一 个圆圈内划叉表示 两个以上的信号 同一量纲 可以在一个相加点相加或相减 如图 5 4 所示 经测量 装置检测信号的信号值与给定值进行比较 利用比较的差值通过闭环系统的测控作用 使被控量接近或等 于给定值 使偏差减少或消灭 7 控制器 它是用来实现对被控对象进行自动控制作用的装置 一般由调节器和执行机构所构成 调节 器是一个闭环系统实现最优工作的关键部件 通常它对偏差信号进行比例 P 积分 I 微分 D 以 及它们的组合或运算 并输出控制指令 自动控制系统的基本形式及特点 自动控制系统的基本形式及特点 控制系统分类的方法很多 按照变量的控制和信息传递方式不同 控制系统可以分为开环控制系统 闭环 控制系统和复合控制系统 1 开环控制系统的特点 控制部分发出控制作用给被控制部分 而被控制部分并不将信息传递给控制部分 如图 5 6 所示 其特点是没有将输出量反馈到输入端与给定量进行比较 于是开环控制系统的精度便取决于该系统初始校 准的精度以及系统个部件的精度 控制部分 被控制部分给定量 输出量 2 闭环控制系统的特点 被控对象的输出量能作用到控制部分的输入端 信号的传递形成一个闭合环路的系统称为闭环控 制系统 又称为反馈控制系统 输入量与反馈量之差即为偏差量 偏差量加到控制器上 其作用是使系统 的偏差减少或消除 使系统的输出量接近于给定值或等于给定值 3 复合控制系统的特点 在此控制系统中 控制部分与被控制部分之间同时存在开环控制和闭环控制 采用复合控制系统的 目的是使系统既具有开环控制系统稳定性 有具有闭环控制系统的精度 图 5 7 是复合控制系统的方框图 在开环控制系统中 输出量依输入量作随从运动 与此同时 输出量还与输入量在闭环控制环节中进行比 较 闭环控制环节的作用是提高输出量的随动精度 以厚度控制为例分析说明怎样实现厚度自动控制 以厚度控制为例分析说明怎样实现厚度自动控制 下图是无人参与而执行闭环控制的轧件厚度自动控制系统 或称为模拟式厚控系统 它是借助于测厚仪测 出实际的轧出厚度 并转换成相应的电压信号 然后将它与所要求的目标厚度相当的电压信号进行比较 得到与厚度偏差相当的偏信号 经放大器将信号放大 控制可控硅装置 通过电动机使压下螺丝向上或向 下移动 致使辊缝作出相应的改变 以便得到所要求的厚度值 当有外扰因素影响时 它能自动地使实际 轧出厚度保持在允许的厚度偏差范围内 下图是采用模拟量信号实现控制 所以称它为模拟式自动控制系 统 影响板带厚度的因素有哪些 影响板带厚度的因素有哪些 板带厚度有哪些控制方法 板带厚度有哪些控制方法 厚度自动控制的基本形式有哪些 厚度自动控制的基本形式有哪些 入口厚度偏差时 需要调整的压下量与入口厚度出口厚度之间的关入口厚度偏差时 需要调整的压下量与入口厚度出口厚度之间的关 系系 塑性图中塑性图中 K M 所表示的意义所表示的意义 张力产生的原因张力产生的原因 控制张力的基本方法有哪些 其中间接法控制张力而维持张力恒定控制张力的基本方法有哪些 其中间接法控制张力而维持张力恒定 的手段各是什么 的手段各是什么 轧件跟踪的必要性及其目的各是什么 轧件跟踪的必要性及其目的各是什么 什么是位置自动控制 什么是位置自动控制 位置自动控制有哪些控制手段 位置自动控制有哪些控制手段 提高位置自动控制精度和可靠性的措施有哪些 提高位置自动控制精度和可靠性的措施有哪些 以速度控制为例分析说明怎样实现速度自动控制 以速度控制为例分析说明怎样实现速度自动控制 现以轧机的速度自动控制为例 来说明自动控制的基本原理以及各环节的作用 下图是用可控硅供电的速 度负反馈自动调速控制系统的结构示意图 它的基本原理是 从电网供给可控硅整流主回路的是交流电 通过可控硅触发电路 使可控硅整流主回路导通 将交流电整流成直流电 供给直流电动机 M 根据交流 电压的不同相位角 控制触发器电压加入的时间 对可控硅整流电路进行触发 控制触发角的大小 即可 改变电动机的电枢电压的大小 来实现直流电动机的调速 从而便可达到轧机调速的目的 轧辊和测速发电机 TG 由电动机同轴传动 于是测速发电机的电压 UTG便与电动机的 n 成正比 UTG反馈到 系统的输入端 并使它的极性与给定量的电压 Ug相反 两信号经过比较之后 便可得到触发电路输入量 的电压 U Ug UTG 在轧制过程中 当有外界干扰作用时 便会影响到电动机的转速产生变化 因此必然 引起速度反馈电压 UTG 也发生变化 当电动机的转速 n 下降时 则 UTG就变小 于是 U 就增加 使 n 升 高 相反 当电动机转速 n 增高时 UTG就变大 U 便减小 使得 n 也减小 就这样实现了轧制速度的自 动控制过程 生产管理级的特征 生产管理级的特征 生产管理级 它主要进行生产的计划和调度 指挥 SCC 级进行工作 过程控制级的特征 过程控制级的特