張守武

(北京現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院,北京 101300)

基于RBF網(wǎng)絡(luò)改進(jìn)的厚度計(jì)AGC

張守武

(北京現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院,北京 101300)

本文是對(duì)傳統(tǒng)的厚度計(jì)式厚度控制系統(tǒng)的研究，針對(duì)其數(shù)學(xué)模型的不精確問題，提出了采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的改進(jìn)方法。使用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來代替數(shù)學(xué)模型模擬軋機(jī)的輸入輸出關(guān)系，克服一般數(shù)學(xué)模型的因?yàn)閰?shù)變化引起誤差變大的困難。針對(duì)一般RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算復(fù)雜，難以在硬件實(shí)現(xiàn)的問題，本文采用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)RBF網(wǎng)絡(luò)，相對(duì)于其他RBF型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于在TDC上實(shí)現(xiàn)。

RBF網(wǎng)絡(luò) 厚度計(jì)式AGC TDC編程

1 引言

新世紀(jì)以來，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平開始了飛速的發(fā)展，而鋁材產(chǎn)品作為各行各業(yè)的原材料，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要組成部分。由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，各用戶部門對(duì)鋁產(chǎn)品的尺寸精度尤其是厚度要求越來越高。因此，提高產(chǎn)品質(zhì)量，不斷運(yùn)用新的技術(shù)提高鋁材的產(chǎn)品質(zhì)量，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[1]。厚度的精度是鋁板帶材乃至所有金屬軋制行業(yè)的產(chǎn)品的最重要性能指標(biāo)之一，提高厚度控制水平，減小厚度在軋制過程中波動(dòng)是所有的板帶材料軋制水平的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在主要的實(shí)現(xiàn)途徑有兩種，一種是提高模型的精度；另一種是提高實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的在線控制能力。針對(duì)模型精度提高的問題，本文提出了新的厚度控制的思想，主體依然是厚度計(jì)式AGC，但是軋制力的來源不是測(cè)量而是計(jì)算，通過對(duì)模型的仿真建立模型，以來料厚度、前后張力來對(duì)軋制力進(jìn)行估計(jì)，這樣就提高了精度，本文選用的動(dòng)態(tài)自適應(yīng)RBF網(wǎng)絡(luò)可以自己設(shè)定需要的內(nèi)部神經(jīng)元個(gè)數(shù)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適合在硬件上實(shí)現(xiàn)[2]。

2 RBF厚度計(jì)AGC仿真

圖1 RBF網(wǎng)絡(luò)計(jì)算值與實(shí)際值比較圖

圖2 RBF厚度控制時(shí)厚度波動(dòng)圖

軋制過程中實(shí)時(shí)的軋出厚度是測(cè)量不出來的，測(cè)厚儀測(cè)得的厚度有很大的滯后，用來控制的話就會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，而厚度計(jì)式AGC是利用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量到的各種數(shù)據(jù)如軋制壓力、空載輥縫，通過彈跳方程來計(jì)算現(xiàn)在時(shí)刻的軋出厚度，使用這一厚度來進(jìn)行控制[3]，這就解決了滯后的問題。這是一種間接的測(cè)量方法，這種方法把軋機(jī)作為了一個(gè)假設(shè)的厚度計(jì)，而其中C是通過測(cè)量得到的，不同的牌號(hào)、厚度、道次都是不同的，將計(jì)算得到的h與目標(biāo)值hset做差，得到了厚度偏差δh，為了消除這個(gè)厚差δh，則輥縫調(diào)節(jié)量δS應(yīng)為[4]：

式中：C—軋機(jī)剛度系數(shù)，kN/mm；

Q—軋件塑性系數(shù)，kN/mm。

數(shù)據(jù)的來源是曾經(jīng)建立的軋機(jī)模型仿真得到的數(shù)據(jù)，利用精軋機(jī)入口厚度為7mm，精軋機(jī)出口設(shè)定為4．2毫米一種規(guī)格的2000組數(shù)據(jù)，對(duì)3輸入1 輸出的RBF網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了訓(xùn)練(學(xué)習(xí)1200組)和仿真(測(cè)試800組)。將網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練得到的兩個(gè)數(shù)據(jù)c和w用于構(gòu)建輸出函數(shù)，組成控制網(wǎng)絡(luò)并搭配其他附加模塊可以建立起RBF厚度計(jì)式網(wǎng)絡(luò)[5]。經(jīng)過上述步驟，RBF厚度計(jì)式厚度控制的模型就搭建好了。

模型建立完成，首先使用測(cè)試數(shù)據(jù)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)達(dá)到需要的精度，將800組測(cè)試數(shù)據(jù)作為輸入，觀察軋機(jī)模型輸出的出口厚度和網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的出口厚度圖1所示。

從圖中可以看出，網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算值基本上擬和生產(chǎn)實(shí)際值，基本上反映了被控對(duì)象的輸入輸出特性，最大誤差不超過2%，這是網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算值，用于控制系統(tǒng)的話誤差還會(huì)進(jìn)一步加大，下面是進(jìn)行出口厚度控制的仿真。

以建立好的軋機(jī)模型為被控對(duì)象，假設(shè)來料厚度和張力的變化，當(dāng)來料厚度有隨機(jī)變化時(shí)，檢測(cè)AGC對(duì)其控制的性能，在來料中加入幅值為0．1mm的隨機(jī)波動(dòng)，同時(shí)在前后張力的輸入中也加入波動(dòng)，可以得到控制仿真如圖2所示。

可見，對(duì)于來料厚度幅值為0．1mm的隨機(jī)波動(dòng)，控制可以實(shí)現(xiàn)將厚度的誤差控制在13um以內(nèi)。RBF厚度計(jì)式控制對(duì)于厚度的控制具有較好的效果，但是上述仿真過程是在理想狀態(tài)下進(jìn)行的，即系統(tǒng)軋制過程沒有受到環(huán)境因素和各種干擾的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以某鋁廠的單機(jī)架鋁帶冷軋機(jī)為研究對(duì)象，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和理論模型，建立了數(shù)學(xué)模型和BP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的軋機(jī)的模型，分別建立流量厚度控制和厚度計(jì)式厚度控制的傳統(tǒng)模型，提出了使用RBF網(wǎng)絡(luò)代替軋制力測(cè)量，以此來計(jì)算厚度，精度有一定的提高。

[1]徐幫學(xué),楊佐偉.鋁與鋁合金產(chǎn)品國(guó)內(nèi)外最新標(biāo)準(zhǔn)及其工程應(yīng)用技術(shù)全書[M].北京:銀像聲音出版社,1995,9:43-50．

[2]劉靜安.淺談中國(guó)鋁及鋁合金材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展戰(zhàn)略[J].鋁加工,2006．

[3]趙志業(yè).金屬塑性變形與軋制理論[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1982:151-157．

[4]韓嚴(yán)斌.厚度控制系統(tǒng)在可逆冷軋機(jī)上的應(yīng)用研究[D].武漢科技大學(xué)碩士論文,2005,5．

[5]李天軍.RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其在鍋爐過熱汽溫控制中的應(yīng)用[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2007．