过程控制系统是板带材轧制计算机控制系统的重要组成部分,是保证板带材产品质量的主要控制手段。本文在参与国内外多条板带材轧制生产线新建或改造的背景下,以板带材轧制过程控制系统为研究对象,在过程控制系统的系统架构和功能实现方面开展研究工作,设计并开发了RAS-轧制过程控制系统应用平台和数据采集与分析系统。针对全连续热连轧带钢生产线的特点,改进了全线跟踪功能。并将研究成果成功应用于现场,取得良好的效果。同时,依托国家自然科学基金《应变速率矢量内积解法在轧制功率变分中的应用研究》(No.51074052),对过程控制系统的关键数学模型-轧制力线性化解析解法进行了深入研究。研究内容和取得的主要进展如下：(1)板带材轧制过程控制系统应用平台。参考国内外板带材轧制过程控制系统的软硬件系统设计,并考虑当前计算机技术的发展趋势,过程控制系统应用平台硬件采用通用PC服务器；系统开发平台和开发软件采用通用Windows系列的系统和软件。软件使用多进程多线程、模块化结构设计,以事件信号驱动机制建立模块间联系。实际应用证明这样的系统设计具有显著优势,在保证系统稳定性的前提下,方便系统开发,降低了系统成本。同时,系统架构具有很强的通用性和适应性,可以按照不同轧线的特点自主选择合适的模块,对我国板带材生产线的全自动生产具有积极的促进作用。(2)改进全连续热连轧带钢的全线跟踪功能。分析了全连续热连轧轧线长、速度快的特点,提出其实现全线跟踪面临多块钢同时轧制等关键问题。针对这些问题提出具体的解决方案,包括将物料跟踪功能嵌入过程控制系统内；对轧区进行逻辑分区,区内划分双队列,并为每一个机架设立双存储区；有机的组合轧线各个仪表信号；提出“最小安全间距”的概念,对后一带钢的最大穿带速度进行限制。改进后的跟踪功能成功的应用于现场生产线,性能稳定,有效的提高了轧制节奏,进而提高产能。(3)设计并开发板带轧制过程控制数据采集与分析系统。系统硬件采用SIEMENS CP5613 A2作为高速数据采集卡,通用PC作为服务器,通过PROFIBUS-DP连接基础自动化,软件采用Windows后台服务、多线程、功能模块化设计,成功开发了最短采样周期4ms的板带轧制过程控制数据采集与分析系统。该系统具有成本低、采样速率快、实用性强和性能稳定的特点,有效的提升了中小企业的装备水平。(4)分别提出针对厚板(形状因子满足l/(2h)<1)和薄板(形状因子满足l/(2h)>1)的满足运动许可条件的简化的整体加权速度场,并对其轧制功率泛函使用应变矢量内积解法、共线矢量内积和积分中值定理进行解析。推导出了轧制力的解析解,并与实测数据进行比较,结果误差很小,具有较高的计算精度。考虑双鼓形对厚板轧制的影响,提出vz沿z方向呈抛物线分布比线性分布积分更加合理。而对于薄板热轧,计算结果表明轧辊弹性压扁对应力状态系数的影响几乎可忽略。同时,分析了摩擦因子、几何因子对中性点位置和应力状态系数的影响规律。该解法从数学的角度直接对Mises非线性功率泛函进行线性化,实现了应变速率张量化为矢量内积并求和的运算。(5)提出了一个新的符合运动许可条件的对数速度场,并考虑轧辊弹性压扁的影响,采用EA屈服准则比塑性功率近似取代非线性的Mises比塑性功率对薄板热连轧精轧区轧制力进行解析,并分析各个力能参数之间的关系。结果表明,轧制力计算误差较小,反映出的力能变化规律符合实际。以上轧制力解析解法对于轧制过程中轧制功率泛函的求解具有启发意义。(6)首次提出反对称抛物线狗骨模型,对立轧咬入区进行细致分区,推导出运动许可的速度场和应变速率场,结合角分线法则和巴甫洛夫法则求解总功率泛函,进而通过极值得到立轧轧制力的解析解。同时,反对称抛物线模型给出了轧件变形后整个断面完整的轮廓线函数表达式,可以更完整、更容易的得到不同生产条件下的狗骨断面形状参数。以上模型对于立轧控宽和立轧轧制力的预报具有一定的参考意义。