冷轧轧制压力的预测控制与优化仿真研究

论文摘要

随着经济社会发展,冷轧带钢在钢材消费总量中的比重在不断提高,并发挥着越来越重要的作用。由于对冷轧带钢的质量要求越来越高,产量要求越来越大,因此对冷轧带钢的生产也提出了更高的要求。液压轧制压力控制技术是冷轧带钢生产过程中不可缺少的关键技术,对轧制压力的控制效果将直接影响到冷轧带钢产品的质量。因此对冷轧轧机液压轧制压力控制系统进行研究具有重要的理论和实际意义。本文详细介绍了冷连轧机的机械结构以及液压压下控制系统。通过对冷连轧机液压轧制压力控制回路过程和特点的研究和学习得出了液压轧制压力控制系统的数学模型。为冷连轧机液压轧制压力的控制提供了实践背景和理论依据。针对冷连轧机液压轧制压力控制系统,引进广义预测控制算法来控制轧制压力。该算法以CARIMA模型为基础,采用了长时段的优化性能指标,结合辨识和自校正机制,具有较强的鲁棒性和模型要求低等特点。本文在实现广义预测控制算法时提出了抑制超调量的改进策略并取得较好的控制效果。在此基础上结合冷连轧机液压轧制压力控制系统的数学模型提出了无约束广义预测控制的设计方案。对于冷连轧机液压轧制压力控制系统实际存在约束条件的情况下无法直接用广义预测控制算法通过解析的方法得到最优控制量,本文在广义预测控制滚动优化阶段引进差分进化算法,将有约束广义预测控制性能指标优化的极小值问题转化为差分进化算法有约束优化问题,经迭代计算后最终得到满足约束的最优控制量。然后针对冷连轧机液压轧制压力控制系统,结合实际存在的一些约束条件,运用混合差分进化算法的广义预测控制来实现对轧制压力的控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的研究背景和研究现状
• 1.1.1 带钢冷连轧计算机控制系统简介
• 1.1.2 液压压下控制系统的研究现状
• 1.1.3 冷轧轧制压力控制的重要意义
• 1.2 广义预测控制理论的概述
• 1.2.1 预测控制的基本原理
• 1.2.2 广义预测控制算法的研究背景及主要特点
• 1.2.3 广义预测控制算法的研究现状
• 1.3 差分进化算法的概述
• 1.3.1 差分进化算法的研究背景及其主要思想描述
• 1.3.2 差分进化算法的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 冷连轧机液压轧制压力的无约束广义预测控制
• 2.1 冷连轧机液压压下控制系统简介
• 2.1.1 冷连轧机的机械结构
• 2.1.2 冷连轧机液压压下控制系统
• 2.2 冷连轧机液压轧制压力控制系统的数学模型
• 2.2.1 冷连轧机液压轧制压力控制系统的组成
• 2.2.2 冷连轧机液压轧制压力控制系统的数学模型
• 2.3 基于广义预测控制的冷连轧机液压轧制压力控制系统
• 2.3.1 广义预测控制的基本理论
• 2.3.2 广义预测控制抑制超调量的改进策略
• 2.3.3 冷连轧机液压轧制压力的广义预测控制
• 2.4 本章小结
• 第3章 冷连轧机液压轧制压力的有约束广义预测控制
• 3.1 差分进化算法原理
• 3.1.1 变异操作
• 3.1.2 交叉操作
• 3.1.3 选择操作
• 3.1.4 差分进化算法的运行参数
• 3.1.5 标准差分进化算法的步骤
• 3.1.6 差分进化算法的一些扩展应用模式
• 3.2 基于差分进化算法的冷连轧机液压轧制压力广义预测控制
• 3.2.1 滚动优化性能指标的处理
• 3.2.2 冷轧轧制压力控制中存在的约束及处理
• 3.2.3 加入改进策略的自适应差分进化算法
• 3.2.4 基于自适应差分进化算法优化的有约束广义预测控制
• 3.3 本章小结
• 第4章 实验结果与分析
• 4.1 系统的CARIMA模型及参数初始化
• 4.2 冷连轧机液压轧制压力无约束广义预测控制系统仿真
• 4.3 冷连轧机液压轧制压力有约束广义预测控制系统仿真
• 4.4 本章小结
• 第5章 冷轧轧制压力设定优化与控制系统介绍
• 5.1 软件系统设计方案
• 5.2 系统界面介绍
• 5.2.1 主界面
• 5.2.2 登录界面
• 5.2.3 冷连轧生产过程仿真界面
• 5.2.4 冷轧生产过程优化界面
• 5.2.5 轧机生产设定与控制界面
• 5.2.6 警报汇总界面
• 5.3 本章小结
• 第6章 结束语
• 参考文献
• 致谢