随着下游用户对冷轧带材板形质量要求的不断提高,板形控制理论及其相关技术不断得到研究人员的重视并逐步获得深化与发展。控制模型是控制系统的灵魂,实现高精度冷轧板形自动控制的前提是要有精确的板形控制模型及相应的控制策略。本文通过深入分析当前的板形控制研究现状,结合实际生产状况,针对构建板形自动控制系统的核心关键模型,即板形调控功效系数模型进行了深入研究。研究采用了生产过程数据与三维仿真相结合的混合建模方法,提高了板形调控功效系数的计算精度与在线适应能力。在此基础上,研究制定板形反馈控制系统与板形前馈控制系统间的协调优化控制策略及其优化模型,实现两个系统间的调节量全局最优分配。在完成板形调控功效系数计算模型与控制策略优化的理论研究基础上,开发了与实际冷轧板形控制过程相适应的板形控制系统仿真软件平台。通过系统仿真完成控制模型及控制策略的效果观测、评价及参数调优。最后,以某1450mm五机架冷连轧机的板形控制过程为应用研究对象,完成了控制模型及控制策略的工业实践验证。本文采用理论方法研究、数值计算验证和模拟仿真分析结合的方法开展上述研究工作,主要研究内容如下:(1)针对当前板形调控功效系数计算精度不高,对生产工况变化适应性不好的问题,提出了基于实测数据的板形调控功效系数在线优化与输出预测方法。首先使用有限元法计算得到板形调控功效系数来作为模型的实验值。为了克服实验结果精度不足的问题,研究引入了基于过程数据改进实验结果的混合建模方法。为了解决实测过程数据精度低的问题,对采集到的实测数据进行排序和变加权计算等处理方法来获得准确的调控功效系数实测数据。在完成数据的模型导入优化后,建立输出预测模型来对实际轧制参数对应的板形调控功效系数进行预测输出。(2)针对板形控制过程中工作辊弯辊和中间辊弯辊既要参与反馈控制,又要参与前馈控制的情况,提出了一种基于双层优化的板形前馈-反馈协调最优控制策略。在第一层优化,首先采用整体建模思路建立板形调节机构最优调节量的全域优化模型,使用罚函数法将该模型的约束优化问题转变成无约束优化问题,利用罚函数法构建新的优化模型。为了快速准确的解决模型的最优化问题,获得目标函数的最优解,将改进的内点罚函数法用于优化模型的求解,最终实现板形调节机构在可行域内的最优输出。在第二层优化,在获得准确的全域最优输出结果后,建立分配前馈控制和反馈控制的输出模型,通过分配模型的计算结果实现板形前馈-反馈的协同控制。(3)针对实际轧制过程中会遇到多种板形缺陷问题,开发板形控制系统仿真软件来对板形缺陷控制过程进行仿真模拟。首先采用模块化设计的思想来开发板形控制系统仿真软件,将独立开发的目标曲线设定系统,调节机构响应系统,分段冷却控制系统和板形偏差表征系统等模块集成到仿真软件界面。并在主界面的基础上,建立初始参数设定窗口和板形调控功效系数窗口。在目标曲线模块内添加不同的干涉曲线,来对多种板形缺陷控制过程进行仿真模拟和分析,将分析结果显示在软件界面上。通过对结果的分析,发现本软件对实际轧制情况的模拟准确,能很好的满足使用者的需求。