鋁電磁鑄軋帶坯晶粒度軟測量及復(fù)合磁場智能控制研究.pdf

1、鋁電磁連續(xù)鑄軋是近年來我國領(lǐng)銜開發(fā)的一種鋁金屬加工新技術(shù)，是一項集多學(xué)科、新技術(shù)于一體的探索性研究課題。在其生產(chǎn)過程中，能否獲得細小且均勻的鋁熔體晶粒是能否獲得高性能鋁材的關(guān)鍵因素。要實現(xiàn)鑄軋過程的優(yōu)化控制，關(guān)鍵是能夠在線檢測鋁熔體的晶粒度。然而，目前的檢測手段無法直接實現(xiàn)鋁帶坯晶粒度的在線實時檢測，只能通過離線取樣后進行金相分析的方法得到，因此存在很大的滯后，嚴重影響了鋁電磁鑄軋產(chǎn)品質(zhì)量的閉環(huán)優(yōu)化控制。
　　 鋁電磁連續(xù)鑄軋過

2、程具有機理復(fù)雜、時變、大滯后等特點，難以建立其精確的數(shù)學(xué)模型。本文從分析鋁電磁鑄軋工藝機理和鋁帶坯晶粒度影響因素出發(fā)，研究鋁帶坯晶粒度的軟測量及其復(fù)合磁場智能控制技術(shù)。提出了基于FCM聚類的智能集成模型的晶粒度軟測量方案，以及模糊自抗擾技術(shù)的復(fù)合磁場智能控制策略，設(shè)計了基于鋁帶坯晶粒度軟測量模型的復(fù)合磁場雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，有效地實現(xiàn)了鋁帶坯晶粒度的在線檢測和復(fù)合磁場的智能控制，并據(jù)此對鋁帶坯晶粒度進行閉環(huán)控制，成為提高鋁帶坯產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)

3、效率的關(guān)鍵。論文主要工作和研究成果體現(xiàn)在以下幾個方面：
　　 (1)探討了電磁場作用下鋁電磁鑄軋技術(shù)的工藝機理和復(fù)合磁場的形成原理，分析了行波磁場作用下鋁熔體內(nèi)電磁力的特性、鋁熔體中電磁力的脈動特性及其分布規(guī)律，并對鑄軋區(qū)復(fù)合磁場進行了數(shù)值模擬。討論了電磁因素、鑄軋設(shè)備因素和工藝因素對鋁帶坯晶粒度的影響，為晶粒度軟測量的輔助變量選擇奠定了基礎(chǔ)。
　　 (2)針對標準FCM聚類算法對初始值敏感、存在局部極值的缺點，提出了一

4、種基于樣本點密度指標改進的FCM聚類算法，并對一種人工數(shù)據(jù)集和經(jīng)典IRIS數(shù)據(jù)集進行了聚類仿真分析。結(jié)果表明，改進算法得到的初始聚類中心接近實際的中心點位置，從而減少了算法的迭代次數(shù)，顯著提高了聚類效率，并在一定程度上抑制了算法陷入局部極值。
　　 (3)采用基于L-M算法的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了晶粒度軟測量模型，并進行了仿真研究。針對BPNN穩(wěn)定性和泛化能力問題，利用PSO算法對BPNN的權(quán)值/閾值進行了優(yōu)化。針對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)容易出現(xiàn)

5、的局部極小和過擬合問題，研究了基于ε-SVR的晶粒度軟測量建模方法，并利用PSO算法對ε-SVR的參數(shù)進行優(yōu)化，解決了常規(guī)試湊法和網(wǎng)格法存在的參數(shù)非最優(yōu)和運算量大等問題，減少了模型對數(shù)據(jù)樣本的依賴性，提高了泛化能力。
　　 (4)為盡可能提高晶粒度軟測量的精度，提出了基于FCM聚類的BPNN和ε-SVR多模型智能集成建模的晶粒度軟測量方案。首先利用改進的FCM算法對晶粒度軟測量數(shù)據(jù)樣本進行聚類，然后根據(jù)各聚類樣本數(shù)目選擇其建模方

6、法，并建立各子模型；最后采用模糊隸屬度加權(quán)策略進行各子模型的信息融合，得到集成模型的輸出。仿真結(jié)果表明，集成建模方法的訓(xùn)練精度和泛化能力明顯提高。
　　 (5)針對電磁鑄軋的關(guān)鍵技術(shù)，即復(fù)合磁場的智能控制問題，提出了一種新型、實用的模糊自抗擾控制器方案。詳細介紹了模糊自抗擾控制技術(shù)的基本原理和電磁鑄軋復(fù)合磁場模糊自抗擾控制器的設(shè)計方法，并通過仿真驗證了采用模糊自抗擾控制器對復(fù)合磁場進行智能控制的可行性和正確性。
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