轧钢机中一种厚度鲁棒控制的研究

论文摘要

厚度精度是板带产品的重要质量指标之一,随着社会经济的发展,对板带产品的质量要求越来越高,这样深入研究轧机中厚度控制系统是十分必要的,把现代控制理论中的一些理论应用于轧机厚度控制系统中也就具有重要意义。 本文在研究轧机的一般控制原理及厚控工艺基础后,对内辊缝控制的轧机,引入了辊缝闭环轧机刚度概念,用机理分析方法建立了内辊缝闭环厚控系统的动态数学模型,为内辊缝控制的轧机厚控系统建模提供理论依据。 由于轧机的机械系统、控制系统以及来料厚度的变化等影响,而且轧机两侧压下机构的动态特性的差异,系统具有很大的不确定性,对于常规的控制方法,很难达到较高的控制精度和性能要求。针对此类问题,本文提出了把鲁棒控制的方法应用于轧机厚度自动控制系统当中,因为鲁棒控制就是应用于系统模型不确定性和外界扰动不确定性的情况。 根据厚度控制系统存在时间滞后的特点,采用了Smith预估补偿方法来抵消实测滞后的影响。引入了内模设计方法,从内模的角度去设计Smith预估控制系统。在将位置内环的闭环传递函数等效为一个典型的二阶环节系统的情况下,针对厚度闭环中存在的厚度检测中的可变大时滞环节以及压下效率的变化问题,采用了基于Smith预估器的H2鲁棒控制。并针对滞后时间随轧制速度的变化,对Smith预估器中的模型进行了实时修正,修正后的模型仍存在一定的偏差,对这种情况进行了仿真研究和稳定性分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 轧机的发展
• 1.2.1 轧钢机分类
• 1.2.2 带钢冷连轧机的发展
• 1.3 板带轧机厚度控制的发展
• 1.4 鲁棒控制理论
• 1.4.1 鲁棒控制理论的产生
• 1.4.2 鲁棒控制理论的历史和发展
• 2 轧机板厚控制基础
• 2.1 轧机的弹性变形与弹跳方程
• 2.2 实用轧机弹跳方程
• 2.3 轧件的塑性变形与塑性方程
• 2.4 轧机弹塑曲线（P-h）图
• 2.5 轧件厚度波动的原因
• 2.6 板带轧机厚度控制系统的基本方式
• 3 轧机厚度控制系统的组成及动态模型
• 3.1 自动厚度控制系统的组成及工作原理
• 3.1.1 自动厚度控制系统结构
• 3.1.2 控制系统结构原理
• 3.2 机理模型的建立
• 4 轧机中板厚的鲁棒控制
• 4.1 预备知识
• 4.1.1 函数空间
• 2范数'>4.1.2 系统的H₂范数
• 4.2 厚控系统的不确定性
• 4.2.1 不确定系统模型的类型
• 4.2.2 不确定系统描述
• 4.3 控制系统的鲁棒性
• 4.4 鲁棒性分析
• 4.4.1 加法不确定性系统的鲁棒稳定性条件
• 4.4.2 乘法不确定性系统的鲁棒稳定性条件
• 5 厚度闭环鲁棒控制的研究
• 5.1 纯滞后的Smith预测控制
• 5.1.1 Smith预测控制原理
• 5.1.2 Smith预测控制实质
• 5.1.3 Smith预测控制的改进方案
• 5.2 内模设计方法
• 5.2.1 内模设计思想
• 5.2.2 改进后的Smith预估器的结构
• 5.3 控制器的设计
• 5.4 Smith预估器和PID控制器的关系
• 5.5 仿真研究
• 5.5.1 理想情况时的仿真研究
• 5.5.2 模型失配时的仿真研究
• 5.6 稳定性分析
• 6 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢