大学毕业设计论文任务书学院系级教学单位学号学生姓名贾向明专业班级计算机控制班题目题目名称带钢冷连轧生产系统的智能质量控制研究题目性质理工类工程设计工程技术实验研究型理论研究型计算机软件型综合型管理类外语类艺术类题目类型毕业设计论文题目来源科研课题生产实际自选题目主要内容基本要求参考资料周次第周第周第周第周第周应完成的内容指导教师职称年月日系级教学单位审批年月日摘要摘要带钢冷连轧质量控制主要是板厚和板型的控制，本论文主要是对板厚的控制研究。随着国民经济的快速发展，科学技术的不断进步，汽车机械制造业电器和电力电子行业对板材及带材的产量和质量也提出了更高的要求。而厚度控制是衡量板材及带材的非常重要的质量指标之，已成为国内外冶金行业最受关注的焦点。厚度自动控制是个多变量强耦合非线性的实时实地控制过程，目前，以现代控制技术来实现控制性能的最高水平和以智能控制技术来实现系统的灵活性多样性。两方面的要求相互融合，开发出了高精度的厚度自动控制系统是控制技术发展的最大趋势。本文还对冷连轧的工艺流程以及对冷连轧厚度控制的基本理论进行了较为系统地阐述，综合分析了模糊控制在厚度控制的应用。应用仿真软件建立实验模型，证明本文提出模糊控制器，不管是动态性能还是静态性能都非常良好，进步验证了本文方法的可行性和实用性。关键词系统模糊控制仿真燕山大学本科生毕业设计论文摘要第章绪论课题背景国内外研究现状本文的主要研究内容第章轧机板带质量控制的理论基础冷连轧轧制过程简述弹跳方程弹性塑性方程图解法图基于图的冷轧带钢厚度波动原因几种常用的控制方式厚度计式反馈式及其控制原理张力秒流量前馈反馈液压数学模型液压系统的组成阀控液压缸伺服阀的数学模型位移传感器数学模型液压电液伺服数学模型本章小结第章带钢冷连轧生产系统的智能质量控制模糊智能质量控制的理论基础模糊控制的特点模糊控制的基本理论隶属度函数模糊推理规则模糊控制器的设计确定模糊控制器结构输入输出变量的模糊化模糊推理决策算法设计输出变量解模糊化本章小结第章系统仿真仿真实现仿真结构图仿真结果及分析本章小结结论参考文献致谢附录开题报告附录文献综述附录中期报告附录外文翻译第章绪论第章绪论课题背景世纪世界钢铁制造工业发展的个显著特点就是钢材市场竞争愈演越烈，竞争的焦点即是钢材的质量和成本。钢材应用部门的连续化自动化作业的迅猛发展，除了要求钢材的性能均匀以外，还要求钢材尺寸精度高。同时，随着国民经济的高速发展，科学技术的不断进步，汽车机械制造电器和电子行业对板材及带材的质量提出了更高的要求。而钢材产品的精度主要指产品的外形尺寸精度，对于板带钢来说，外形尺寸包括厚度宽度板型板凸度平面形状等等。在所有的尺寸精度指标中，厚度是衡量板材及带材的最重要的质量指标之，已成为国内外冶金行业普遍关注的个焦点，厚度自动控制已成为现代化板带材生产中不可缺少的组成分。我国近年来从发达国家引进的些大型的现代化的板带材轧机，其关键技术是高精度的板厚控制和板型控制。板厚精度关系到金属的节约结构件的重量以及强度等使用性能，为了获得高精度的产品厚度，系统必须具有高精度的压下调节系统及控制系统的支持。我国板厚控制技术虽然已经应用多年，但是应该看到，由于轧机的压下控制技术综合了众多学科领域的知识，在实际的应用生产上，仍存在着诸多的问题。国内在厚控系统的软件开发检测仪器仪表液压伺服系统元件的生产水平精度上存在差距。即使从国外引进的厚控系统，实际使用中也存在自动控制系统没有完全投入的情况。同时，由于带钢厚度受到液压伺服系统自动控制系统工艺的瞬时条件和原料的随机变化等几方面的共同影响，使得控制系统具有不确定性。因此有必要对轧制过程进行仿真研究，以便了解这些因素对板厚精度影响的规律，提出消除或减小该影响的方案。电液伺服位置系统是板厚控制的核心技术，如果这个问题解决不好，就有可能使得调试现场的控制器整定周期较长，控制策略不恰当，非线性因素不易解决，影响板厚精度。因此，为控制方法的更好实现，对电液伺服位置系统作进步的理论研究，将有助于控制参数的选取，缩短现场调试周期。另方面，液压伺服系统中的些非线性环节也燕山大学本科生毕业设计论文影响到板厚精度，采用传统的控制方法对这些非线性环节的适应是非常有限的，因此有必要引入先进的控制方法，开展智能控制方法在此类对象控制中的实际应用和仿真探讨，不仅具有相当重要的理论意义，而且对促进我国自动化技术的发展，提高人工智能领域的研究水平，亦具有积极的意义。国内外研究现状近年来，国内外在带钢冷连轧质量控制尤其是板型板厚等控制技术方面取得了许多新的发展，大大提高了板带材的几何尺寸精度。为满足汽车制造食品包装家用电器机械轻工仪表通讯和军事工业等各领域的需要，生产出更高精度的板带材产品，占领国际市场，各国相继投入了大量的人力物力，开发研制了许多种现代化大型轧机。具有代表性的有日本日立公司研制的工作辊可轴向移动的轧机，德国西马克公司研制的连续可变凸度轧机，中间辊既可弯曲又可移动的轧机，日本三菱公司研制的成对轧辊交叉式的轧机，德国曼内斯曼德马科公司的轧机等。这些轧机配以现代化控制手段，可实现多功能精密轧制，生产出微米级厚度精度的板带材产品。尤其是近年来，发达国家工业结构变化和发展中国家国民经济增长对冷轧带钢质量品种和数量提出了新的要求，为过程的控制进步增加了难度，用传统的方法已经很难进步提高控制水平了。因此，些国家开始全面有计划的开发智能控制如模糊控制技术神经网络技术等以适应更高精度的要求。日本美国德国法国等，在烧结炼钢连铸及轧钢等钢铁生产领域已经获得了成功应用。尤其是日本，在这方面投入了很大力量，并获得了许多成果。例如，日本神户钢铁公司加古川厂五机架冷轧机的神经模糊板型控制系统日本日立公司森吉米尔轧机的神经模糊板型控制系统等等。我国在高精度轧制技术方面也作了大量的研究开发工作。新中国成立后为实现工业化，从外国引进了大型冶金设备和技术，我国技术人员经过多年的学习和消化，在此基础上结合我国的实际情况，自行开发出些有关提高产品精度的基础理论和实用的先进工艺设备，其中有些技术已经达到或超过国外的先进水平。并且我国将智能控制技术在轧机中也进行了定的应用，像鞍钢中板厂四辊轧机智能控制的开发研究济钢中板轧机液压第章绪论系统中模糊控制技术的应用等。这些国内外的例子均说明智能控制具有极好的前景。但总体上来说，我国自行研制的轧机，技术含量不高，生产出的产品竞争力不强，每年尚需进口大量的高精度板带材产品，许多轧机的生产状况尚不能令人满意，厚度精度急待提高，许多理论问题及所采用的先进技术，尚待进步消化研究。本文的主要研究内容本文是以鞍钢机架冷连轧控制系统为依托，以第机架液压系统为研究对象，主要研究内容为基于板带质量控制的板带厚度控制研究。在收集和消化大量国内外相关文献的基础上，对板带质量控制中板带轧机厚度控制的基本理论进行了分析。根据第机架液压系统的构成，确定了个较全面准确通用性好便于研究控制特性的数学模型。介绍了模糊控制的基本理论及其在质量控制中中的应用。设计了模糊控制器，将其应用于控制系统，并进行了系统仿真，证明此控制器具有较好的动态性和智能性，适合于带钢冷连轧生产系统的动态智能质量控制燕山大学本科生毕业设计论文第章轧机板带质量控制的理论基础冷连轧轧制过程简述冷轧带钢是带材的主要成品工序，其所生产的冷轧薄板属于高附加值钢材品种。由于冷轧的带钢薄板产品具有表面质量好，尺寸精度高和优良的机械工艺性能等优点，因而被广泛地应用于航空汽车电子化工家电造船建筑食品及民用五金等国民经济各个部门。冶金钢铁工业具工序间的紧密衔接程度，大致可分为四个主要工序炼铁工序炼钢工序热轧工序和精加工冷轧工序。冷轧工序属于钢铁企业的尾部工序之。最初的冷轧带钢是在单机架上反复经多道次轧制成型的。这种单轧机的生产方式速度低，生产出的冷轧带钢质量差。后来大规模高产量的冷轧带钢生产都采用连续式多机架冷轧机。目前的连续式冷轧机般有四机架五机架六机架等几种配置形式。般四机架连轧机由于总变形量小，大都用于生产比较厚的带钢，成品的厚度在毫米以上。而五机架及六机架连轧机主要用于生产薄规格产品，成品厚度最薄可达毫米。而六机架冷连轧机不管生产薄规格带钢的能力，或是实际生产速度的提高，并不比五机架冷连轧机具有太大的优越性，因此五机架冷连轧机便成为当今带钢冷连轧机的主流。带钢冷连轧机生产线上除了五机架连轧机主体设备以外，还包括头部的上料设备开卷机以及尾部的卷取机。在旧式无头轧制的连续冷轧带钢生产线上，轧制线头部还有矫直机焊接机及活套等设备。这些设备不仅要与五机架冷连轧机密切配合，做到动作步调致，而且必须保证五机架冷连轧机上位置控制厚度控制张力控制速度控制以及板形控制的顺利进行。由此可见，五机架冷轧机生产线操作是极其复杂的，仅依靠人力操作很难完全胜任此项工作。因此，五机架冷连轧机的出现必须要有自动控制和计算机技术发展作为基础。由于冷轧原料热轧卷终轧温度高达，其表面生成的氧化铁皮层必须在冷轧前去除，因此目前冷连轧机组都配有连续酸洗机组。传统五机架冷连轧机组工作流程为经过酸洗处理后的热轧带卷用吊车第章轧机板带质量控制的理论基础吊到上料步迸梁送到钢卷小车以装到开卷机上，通过开卷刮刀，夹送辊将带头送到矫直辊准备进入轧机实现穿带过程，带钢以穿带速度逐架咬入各机架逐架建立机架间张力，当带头进入卷取机卷筒并建立张力后机组开始同步加速至轧制速度，并进入稳定轧制阶段，各自动控制系统相继投入，稳定轧制段占整个轧制过程的以上，在带钢即将轧完时轧机开始减速以使带尾能以低速左右离开各个机架避免损坏轧辊及带尾跳动，带尾进入卷取机后自动停车，卸卷小车上升，卷筒收缩以便卸卷小