任志淼

(山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027)

1 概述

軋制模型是針對(duì)大量主要現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)總結(jié)出的規(guī)律為依托建立的量化公式，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)是通過對(duì)大量樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的非線性映射，在一定程度上模擬人類思維方法和行為對(duì)復(fù)雜生產(chǎn)過程進(jìn)行控制。但是實(shí)際軋鋼過程中，相同鋼種規(guī)格的每塊鋼化學(xué)成分、溫度等因素實(shí)際上存在著較大差異，導(dǎo)致二級(jí)長(zhǎng)遺傳設(shè)定精度出現(xiàn)不規(guī)則擾動(dòng)的現(xiàn)象，并且神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中與其它鋼種規(guī)格交互影響，造成了品種規(guī)格交替或軋制末期產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)、軋制廢品的出現(xiàn)。針對(duì)系統(tǒng)外的數(shù)據(jù)積累對(duì)全年數(shù)據(jù)進(jìn)行人工分析，把以前忽略或者弱化的非主要數(shù)據(jù)提取出來分類精細(xì)建模，提高神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)盡量多的軋制數(shù)據(jù)自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，最終提高軋鋼設(shè)定精度。

2 模型自適應(yīng)功能的優(yōu)化

2.1 針對(duì)軟質(zhì)鋼和硬質(zhì)鋼開發(fā)不同的負(fù)荷分配方式

一般來講“RR相對(duì)壓下”負(fù)荷分配的方式是二級(jí)模型通常采用的，每個(gè)機(jī)架的原始?jí)合侣视?jì)算方法為(lv代表最初負(fù)荷給定)：

eps[i]= lv[i]

“RR相對(duì)壓下”負(fù)荷計(jì)算方式的特點(diǎn)：它的優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)機(jī)架壓下率基本穩(wěn)定，而且每個(gè)機(jī)架的速度也處于相對(duì)穩(wěn)定的范圍，這種穩(wěn)定對(duì)性能要求高的鋼種的好處是顯而易見的；當(dāng)然缺點(diǎn)是:在機(jī)架軋制壓力大而且軋制要求相對(duì)更多的時(shí)候，如軋制薄規(guī)格、不銹鋼、薄規(guī)格高強(qiáng)鋼等鋼種時(shí)，可能會(huì)使某個(gè)機(jī)架軋制的壓力過大，容易在中后段形成比較嚴(yán)重的電機(jī)過流，軋制穩(wěn)定性及設(shè)備安全性的風(fēng)險(xiǎn)較大。

根據(jù)上述分析及不同材質(zhì)鋼種的負(fù)荷分配特點(diǎn)，在粗軋多道次、精軋連軋的模型計(jì)算中開發(fā)了不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，其中在粗軋多道次模型中開發(fā)了普通鋼網(wǎng)絡(luò)、硅鋼網(wǎng)絡(luò)、CR不銹鋼網(wǎng)絡(luò)、鎳不銹鋼網(wǎng)絡(luò)、低合金鋼網(wǎng)絡(luò)五組網(wǎng)絡(luò)，在精軋連軋模型中開發(fā)了普通鋼、軟質(zhì)鋼、低合金鋼、不銹耐熱鋼、DW29、DW35、DW40、DW47、DW47T、DW60、DW80共12種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，這就意味著在程序中不同材質(zhì)的鋼種和其對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)無論是在線還是離線訓(xùn)練，都能實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)切換存取。這種模型我們稱之為“RF(相對(duì)壓力)”，這種通過壓力計(jì)算進(jìn)行的負(fù)荷分配方式的原始?jí)合侣视?jì)算公式為：

eps[i] = lv[i]*gbzwk/mh[i]/nnfk[i]

其中：lv表示原始負(fù)荷給定；gbzwk表示最大允許壓力；mh表示帶鋼計(jì)算硬度；nnfk表示壓力自適應(yīng)系數(shù)。

很明顯這樣做的優(yōu)點(diǎn)是和壓力系數(shù)成反比，不但能夠調(diào)整精軋不同機(jī)架間的負(fù)荷分配，就是說某個(gè)機(jī)架實(shí)際軋制壓力比設(shè)定軋制壓力大的時(shí)候，這個(gè)模型就自動(dòng)降低這個(gè)機(jī)架的壓下率，相反如果當(dāng)實(shí)際軋制壓力比設(shè)定軋制壓力小的時(shí)候，那么它就自動(dòng)增加這個(gè)機(jī)架的壓下率；而且這項(xiàng)功能可以確保精軋各機(jī)架負(fù)荷的分配總是在最合理的范圍而不超標(biāo)，這對(duì)極限材尤其是硬質(zhì)鋼的軋制穩(wěn)定具有很高的價(jià)值，但缺點(diǎn)是壓下率、速度變化范圍比較大，對(duì)性能要求高的鋼種尤其軟質(zhì)鋼的生產(chǎn)不太適合。

當(dāng)計(jì)算使用“RF(相對(duì)壓力)”負(fù)荷方式的時(shí)候，由于負(fù)荷可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際壓力的波動(dòng)自適應(yīng)調(diào)整各機(jī)架的壓下率分配，因而在極限規(guī)格生產(chǎn)時(shí)對(duì)保證AGC動(dòng)作、速度調(diào)整、活套穩(wěn)定性等方面起到了非常關(guān)鍵的基礎(chǔ)性作用。

RR、RF等兩種負(fù)荷分配方式的應(yīng)用，使得軟質(zhì)鋼及硬質(zhì)鋼尤其極限規(guī)格生產(chǎn)等均可采取適合軋制的最佳的負(fù)荷方式，對(duì)軟質(zhì)鋼及壓下率要求較高的鋼種，仍采用RR負(fù)荷分配方式；而對(duì)于硬質(zhì)鋼或極限材等的生產(chǎn)，則采用RF負(fù)荷分配方式，極大地提高了模型設(shè)定的適應(yīng)性。

2.2 自適應(yīng)優(yōu)化

熱連軋壓力自適應(yīng)功能分長(zhǎng)期自適應(yīng)和短期自適應(yīng)兩種，長(zhǎng)期自適應(yīng)主要應(yīng)用于換批次自學(xué)習(xí)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練及取值；而短期自適應(yīng)主要應(yīng)用于同批次自學(xué)習(xí)，利用共享內(nèi)存進(jìn)行快速自適應(yīng)控制。

在短期自適應(yīng)過程中，發(fā)現(xiàn)在很多情況下存在自學(xué)習(xí)與實(shí)際狀態(tài)相反的現(xiàn)象，設(shè)定精度出現(xiàn)較大偏差根本無法保證，從而導(dǎo)致鋼種規(guī)格交替及軋制后期活套異?，F(xiàn)象的出現(xiàn)。通過分析全年數(shù)據(jù)后，課題組認(rèn)為是由于原有粗軋、精軋預(yù)計(jì)算模型中均未考慮不同加熱爐對(duì)帶鋼硬度及設(shè)定精度的影響所致，表1是對(duì)AISI304鋼種同一規(guī)格情況下不同加熱爐條件下壓力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

表1 AISI304在不同加熱爐條件下的壓力統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

針對(duì)以上分析，在粗軋、精軋預(yù)計(jì)算模型中改變了短期遺傳策略，在模型自學(xué)習(xí)程序中建立區(qū)分四座加熱爐的四個(gè)短遺傳共享內(nèi)存區(qū)域，同時(shí)在預(yù)計(jì)算程序中采用區(qū)分爐號(hào)繼承的方法，以消除不同加熱爐對(duì)設(shè)定精度的影響。

以上改進(jìn)顯著提高了模型預(yù)計(jì)算的設(shè)定精度，但在1549生產(chǎn)線四爐轉(zhuǎn)三爐生產(chǎn)后，隨著抽鋼節(jié)奏的進(jìn)一步提高，以上方法卻表現(xiàn)出明顯的不適應(yīng)性，薄規(guī)格厚負(fù)現(xiàn)象批量增加，厚負(fù)現(xiàn)象帶來了大量活套異常波動(dòng)的出現(xiàn)，對(duì)薄規(guī)格現(xiàn)場(chǎng)穩(wěn)定性造成很大影響，如圖1所示。

綜合分析后認(rèn)為是由于薄規(guī)格升溫過快而自適應(yīng)速率過慢造成，為此針對(duì)薄規(guī)格自適應(yīng)功能進(jìn)行了以下優(yōu)化：

1) 2.0 mm厚度以下薄規(guī)格采用逐塊進(jìn)行短期自適應(yīng)的策略，而其它規(guī)格采用區(qū)分爐號(hào)進(jìn)行短期自適應(yīng)。

2) 自學(xué)習(xí)速率調(diào)由0.68調(diào)整為：當(dāng)實(shí)際壓力小于計(jì)算值時(shí)，自學(xué)習(xí)速率增大為0.9；當(dāng)實(shí)際壓力大于計(jì)算值時(shí)，自學(xué)習(xí)速率減少為0.2，以適應(yīng)薄規(guī)格溫度變化特點(diǎn)。

3) 從后計(jì)算計(jì)算方法上，對(duì)2.0 mm以下規(guī)格，采用預(yù)計(jì)算硬度代替后計(jì)算硬度，以避免后計(jì)算對(duì)溫度的混亂。

圖1 薄規(guī)格批量厚負(fù)界面圖

3 在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用及其效果

以上優(yōu)化功能投入運(yùn)行后，薄規(guī)格厚負(fù)現(xiàn)象得以徹底解決，設(shè)定精度及活套穩(wěn)定性得到實(shí)質(zhì)性提高，從而有效提高了薄規(guī)格的軋制質(zhì)量。此次對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的開發(fā)和應(yīng)用成功，提高了軋制中精細(xì)參數(shù)的設(shè)定精度，從根本上解決了忽略因素和噪音參數(shù)對(duì)軋鋼模型不規(guī)則影響的困擾，證明弱化因子對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)一步提高的重要性，同時(shí)也是對(duì)噪音數(shù)據(jù)分析、篩選、應(yīng)用方式的一次極有意義的實(shí)踐嘗試，對(duì)后續(xù)二級(jí)模型的進(jìn)一步細(xì)化深入有很好的引領(lǐng)、示范作用，模型改進(jìn)達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。