1、 第5 8卷 第7期 2 0 2 3年7月钢 铁I r o na n dS t e e lV o l.5 8,N o.7,p 9 9-1 0 5 J u l y2 0 2 3 D O I:1 0.1 3 2 2 8/j.b o y u a n.i s s n 0 4 4 9-7 4 9 x.2 0 2 3 0 0 4 5基于遗传算法的不锈钢冷连轧机轧制规程优化张 欣1,陈树宗2,李 旭3,孙 杰3,梅瑞斌1,王晓宇1(1.东北大学秦皇岛分校资源与材料学院,河北 秦皇岛0 6 6 0 0 4;2.燕山大学电气工程学院,河北 秦皇岛0 6 6 0 0 4;3.东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实
2、验室,辽宁 沈阳1 1 0 8 1 9)摘 要:冷轧不锈钢属于高端精品钢材,其生产过程控制系统是最复杂的工业控制系统之一,系统控制精度要求高、动态响应时间短、轧制速度快且工艺参数多。在不锈钢冷轧过程中,合理的轧制规程是保证冷轧不锈钢产品质量和生产效率的基础,其模型精度不仅会影响产品尺寸精度,而且会影响冷轧企业高端产品的研发拓展。为了提高冷轧不锈钢生产过程中的产品质量精度,同时考虑尽可能降低轧制过程总能耗,在深入研究传统负荷分配法和轧制规程计算原理的基础上,针对世界首套7机架不锈钢冷连轧机组,根据冷连轧生产工艺,设计了一种包含目标项和惩罚项的目标函数结构形式,选取电机功率均衡、轧制力均衡、压下分
3、配合理、轧制能耗小、板形良好为目标,构建由5个单目标函数加权和组成的总目标函数,通过采用遗传算法对某8 5 0mm不锈钢冷连轧机典型产品规格进行轧制规程优化计算,并与比例负荷分配法和N e l d e r-M e a d单纯形法求解的轧制规程进行对比,从而确定最优的不锈钢冷连轧轧制规程。结果表明,遗传算法实现了所建立目标函数的高效求解,通过调整目标函数的权重系数,可以有选择地优化轧制规程,采用遗传算法优化轧制规程的计算精度、收敛速度和求解稳定性方面均满足在线控制要求,为高质量不锈钢冷轧生产奠定了基础。关键词:不锈钢;冷连轧;轧制规程;多目标优化;遗传算法文献标志码:A 文章编号:0 4 4 9
4、-7 4 9 X(2 0 2 3)0 7-0 0 9 9-0 7O p t i m i z a t i o no f t a n d e mc o l dr o l l i n gs c h e d u l e f o r s t a i n l e s ss t e e l s t r i pb a s e do ng e n e t i ca l g o r i t h mZ HANGX i n1,CHE NS h u z o n g2,L IX u3,S UNJ i e3,ME IR u i b i n1,WANGX i a o y u1(1.S c h o o l o fR e s o
5、 u r c e s a n dM a t e r i a l s,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t ya tQ i n h u a n g d a o,Q i n h u a n g d a o0 6 6 0 0 4,H e b e i,C h i n a;2.S c h o o l o fE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,Y a n s h a nU n i v e r s i t y,Q i n h u a n g d a o0 6 6 0 0 4,H e b e i,C h i n a;3.
6、S t a g eK e yL a b o r a t o r yo fR o l l i n ga n dA u t o m a t i o n,N o r t h e a s t e r nU n i v e r s i t y,S h e n y a n g1 1 0 8 1 9,L i a o n i n g,C h i n a)基金项目:国家 重 点 研 发 计 划 资 助 项 目(2 0 2 2 Y F B 3 3 0 4 8 0 0);国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目(U 2 0 A 2 0 1 8 7);“兴 辽 英 才 计 划”资 助 项 目(X L Y C 2
7、 0 0 7 0 8 7)作者简介:张 欣(1 9 8 6),男,博士,讲师;E-m a i l:z h a n g x i n n e u q.e d u.c n;收稿日期:2 0 2 3-0 2-0 2A b s t r a c t:C o l dr o l l e ds t a i n l e s ss t e e l i sp a r to f t h eh i g h-e n df i n es t e e l,a n di t sp r o d u c t i o np r o c e s sc o n t r o l s y s t e mi so n eo f t h em o
8、 s tc o m p l e xi n d u s t r i a lc o n t r o ls y s t e m s,w i t hh i g hs y s t e mc o n t r o la c c u r a c y,s h o r td y n a m i cr e s p o n s et i m e,f a s t r o l l i n gs p e e da n dm a n yp r o c e s sp a r a m e t e r s.I n t h e s t a i n l e s s s t e e l c o l dr o l l i n gp r o
9、 c e s s,t h e r e a s o n a b l e r o l l-i n gs c h e d u l e i s t h eb a s i so f g u a r a n t e e i n g t h eq u a l i t ya n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c y.T h eo p t i m i z a t i o no f r o l l i n gs c h e d u l e i sa ne f f e c t i v ew a yt os a v e e n e r g ya n dr e d u c e
10、c a r b o n i nC h i n a s i r o na n ds t e e l e n t e r p r i s e s,w h i c hh a sb e c o m e a r e s e a r c hh o t s p o t i nt h e i r o na n ds t e e l i n d u s t r y.A n dt h em o d e l a c c u r a c yo f t h ep r o c e s s c o n t r o l s y s t e mw i l l n o t o n l ya f f e c t t h ed i
11、m e n s i o n a l c o n t r o l a c c u r a c yo f t h ep r o d u c t,b u t a l s oa f f e c t t h eR&Da n de x p a n s i o no f h i g h-e n dp r o d u c t s a n d i n t e l l i-g e n t t r a n s f o r m a t i o no f c o l dr o l l i n ge n t e r p r i s e s.I no r d e r t o i m p r o v e t h ep r o
12、 d u c t q u a l i t ya c c u r a c ya n dr e d u c e t h e t o t a le n e r g yc o n s u m p t i o n i nt h e s t a i n l e s s s t e e l c o l dr o l l i n gp r o c e s s,t h e t r a d i t i o n a l l o a dd i s t r i b u t i o nm e t h o da n d t h e c a l c u-l a t i o np r i n c i p l eo f r o
13、l l i n gs c h e d u l ew e r ed e e p l ys t u d i e d.T h e f i r s t s e t o f s e v e n-s t a n ds t a i n l e s ss t e e l t a n d e mc o l dr o l l-i n gm i l l i nt h ew o r l dw a s t a k e na s t h e r e s e a r c ho b j e c t,a n da no b j e c t i v e f u n c t i o ns t r u c t u r e f o r
14、 mc o n t a i n i n gt h e t a r g e tt e r ma n dt h ep e n a l t y t e r mw a sd e s i g n e d.T h e r o l l i n gp o w e rb a l a n c e,r o l l i n g f o r c eb a l a n c e,r e a s o n a b l e r e d u c t i o nd i s-t r i b u t i o n,l o wr o l l i n ge n e r g yc o n s u m p t i o na n dg o o ds
15、 t r i ps h a p ew e r e s e l e c t e da s t h eg o a l s t oc o n s t r u c t a t o t a l o b j e c-t i v e f u n c t i o n.T h e r o l l i n gs c h e d u l eo f t y p i c a l p r o d u c t i na n8 5 0mms t a i n l e s s s t e e l c o l d r o l l i n gm i l l i so p t i m i z e db yg e-n e t i ca
16、l g o r i t h m,a n dc o m p a r e dw i t ht h e r o l l i n gs c h e d u l e s o l v e db yp r o p o r t i o n a l l o a dd i s t r i b u t i o nm e t h o da n dN e l d e r-钢 铁第5 8卷M e a ds i m p l e xa l g o r i t h m.T h u s,t h eo p t i m a l c o l dr o l l i n gs c h e d u l e f o r s t a i n l e s s s t e e l i sd e t e r m i n e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t,t h eg e n e t i ca l g o r i t h mr e a l i z e s t h ee f f i c i e n ts o l u t i o no f t h ee s t a b l i s h e do b j e
