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申请/专利权人：东北大学

摘要：本发明公开了一种带钢连轧过程的数字孪生模型构建方法，涉及带钢轧制技术领域；针对带钢连轧过程控制量众多，变量间相互耦合的特点，选择使用状态空间描述法表述钢铁连轧过程复杂的变量关系。依据状态空间方程确定的各向量组成推导各变量的表达式，然后写入状态空间方程建立起综合系统的初步模型。针对实际生产具体的轧制规程和设备参数，计算各变量的表达式中所需的偏微分系数，组成状态空间模型的系数矩阵，完成此轧制规程的综合系统建模。建立的综合系统模型可进行仿真分析，确定此轧制规程中各变量的影响比重，为实际生产控制提供模型基础。模型效果相比传统的建模方法充分考虑了各变量之间的耦合关系，可以广泛地投入钢铁生产当中。

主权项：1.一种带钢连轧过程的数字孪生模型构建方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：根据状态空间描述法建立带钢连轧过程模型；根据状态空间描述法表述的系统的模型如式1所示： 其中，x为状态向量；为状态向量的一阶导数；u为输入向量；y为输出向量；d为干扰向量；A，B，C，D是系数矩阵；根据实际连轧过程控制需求，选择连轧过程的各变量组成状态向量、输入向量、输出向量和干扰向量；S2：通过对轧制过程的基本方程和数学模型进行推导，有弹跳方程、秒流量方程、套量方程、温降模型、轧制力模型、前滑模型，得出带钢连轧过程中的带钢厚度、张力、活套角度之间的关系表达式；将非线性方程展开成Taylor级数，取其一次项，对非线性方程进行线性化处理；S2.1：带钢在轧机出口厚度的表达式建立过程：轧制过程的弹跳方程，如式2所示， 其中，hout,i为第i机架带钢的出口厚度，Fi为第i机架轧制力，Si为第i机架辊缝，Mm,i为第i机架轧机刚度；S2.2：由轧制力模型的西姆斯轧制力，如式3所示，将其进行Taylor展开并取一次项，得到线性化后的轧制力公式，如式4所示； ΔFi＝α1iΔhin,i+a2iΔhout,i+α3iΔσin,i+α4iΔσout,i+α5iΔkf,i4式中：其中，F表示轧制力；hout表示带钢在机架处的出口厚度；hin表示带钢在机架处的入口厚度；σout表示出口张力；σin表示入口张力以及带钢变形抗力kf；QP表示考虑变形区内应力状态的影响系数，R'表示轧辊弹性压扁半径，min表示入口张力状态影响系数，mout表示出口张力状态影响系数；S2.3：根据变形抗力的志田茂模型,如式5所示：进行Taylor展开并取一次项，得到线性化后的变形抗力公式，如式6所示： Δkf,i＝γ1iΔTi+γ2iΔωi+γ3iΔhin,i+γ4iΔhout,i6其中，变形抗力kf与带钢出口厚度hout、入口厚度hin、带钢温度T以及轧辊旋转角速度ω相关；其中，m,n为带钢变形程度对变形抗力的影响指数，ε为相对变形程度，t0为轧件温度,为相变临界温度，ρc为碳含量；式中：其中，γ1i为变形抗力公式中第i机架带钢变形抗力对带钢温度的偏微分系数，γ2i为变形抗力公式中第i机架带钢变形抗力对轧辊角速度的偏微分系数，γ3i为变形抗力公式中第i机架带钢变形抗力对带钢入口厚度的偏微分系数，γ4i为变形抗力公式中第i机架带钢变形抗力对带钢出口厚度的偏微分系数；S2.4：根据式2、式4、式6得到带钢的出口厚度表达式，如7所示： 式中： S3：采用一阶惯性环节表述带钢连轧控制过程中的输入量轧机辊缝S、轧辊转速V、活套电机力矩M的设备驱动；采用一阶惯性环节表述带钢连轧控制过程中的输入量轧机辊缝S、轧辊转速V、活套电机力矩M的设备驱动，如式8所示： 其中，ΔUV,i为第i机架轧辊转速的调节量，ΔUS,i第i机架辊缝的调节量，ΔUM,i为第i机架活套电机力矩的调节量，τV,i为第i机架辊速驱动电机的响应时间，τS,i为第i机架辊缝驱动电机的响应时间，τM,i为第i机架活套驱动电机的响应时间；S4：将S2和S3建立的带钢厚度、张力、活套角度、带钢温度以及输入量的表达式根据S1确定的各向量组成写入状态方程中；S5：根据实际的设备参数和轧制规程，计算上述公式中需要的偏微分系数，组成状态空间模型的系数矩阵A、B、C、D，建立起与轧制规程对应的状态空间模型。

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