万能轧机液压AGC系统建模及控制方法研究

论文摘要

轧机液压辊缝(板厚)自动控制(Automatic Gauge Control,简称AGC)系统是现代化轧机设备的核心技术。万能轧机是现代机、电、液一体化系统的典型代表,建立其液压压下系统的数学模型是进行系统分析、设计和最优控制的前提。本文结合企业实际项目,简要介绍了万能轧机的新特点、新工艺,综合考虑了轧机辊系变形、压下缸初始行程、辊系偏心、轧件的塑性变形和来料尺寸对轧制精度的影响,并考虑了液压控制系统各组成部件的动态特性,依据伺服阀的流量方程、液压缸流量连续性方程、液压缸和负载的力平衡方程,建立了相应轧机各设备部件,且针对轧机液压AGC系统,采用机理建模的方法建立了便于分析各部件性能的机、电、液一体化的理想轧制模型,该模型更加真实和全面地反映了工程实际。通过对构成液压伺服系统的传递函数,用Matlab软件进行计算机仿真,结果表明轧机液压AGC系统是稳定的。基于电液伺服位置控制系统数学模型,采用常规PID控制对其进行校正,并取得了稳定的控制效果。由于轧制过程中系统存在参数摄动、外干扰、非线性等不确定因素,难以建立其精确的数学模型,针对液压AGC系统要求响应速度快、控制精度高、抗干扰能力强等特点,并且模糊控制不需要精确的数学模型,本文把模糊控制和传统的PID控制方法相结合,设计了模糊自适应PID控制器,将其应用于液压AGC控制系统中。并通过运用MATLAB语言编程对所设计的控制器进行了大量仿真研究,结果表明,此种控制方法具有较强的鲁棒性、快速的响应能力和较高的稳态精度。上述研究结果对系统的优化控制具有一定的理论意义,可为现场实际应用提供理论依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题来源及研究背景
• 1.3 液压系统建模仿真
• 1.3.1 建模仿真的方法
• 1.3.2 建模仿真的工具
• 1.3.3 建模仿真的意义
• 1.4 本文前期工作及主要研究内容
• 1.4.1 本文的前期工作
• 1.4.2 本文的主要内容
• 2 轧制工艺基础及液压伺服系统简介
• 2.1 型材生产
• 2.2 钢轨生产
• 2.3 万能轧制生产线基本流程
• 2.4 万能轧制生产线精轧机组简介
• 2.5 液压伺服控制系统
• 2.5.1 液压伺服系统的工作原理
• 2.5.2 液压伺服系统的组成和分类
• 2.5.3 液压伺服系统的优缺点及应用
• 3 液压AGC 系统仿真分析
• 3.1 液压AGC 系统的组成
• 3.2 液压AGC 系统的控制原理
• 3.3 液压AGC 系统的动态模型
• 3.3.1 伺服放大器
• 3.3.2 电液伺服阀
• 3.3.3 液压缸的流量连续方程
• 3.3.4 轧机辊系基本方程
• 3.3.5 背压回油管道
• 3.3.6 位移传感器
• 3.4 液压AGC 系统的动态方框图
• 3.5 液压AGC 系统特性分析
• 3.5.1 电液位置伺服系统特性分析
• 3.5.2 系统仿真主要参数计算
• 3.5.3 未校正系统动态仿真
• 4 模糊理论基础
• 4.1 模糊控制理论的发展及研究方向
• 4.1.1 模糊控制理论的发展
• 4.1.2 模糊控制理论的研究方向
• 4.2 模糊控制理论的基本概念和方法
• 4.2.1 模糊集合的定义及表示方法
• 4.2.2 模糊子集的运算
• 4.2.3 隶属函数
• 4.3 模糊推理
• 4.3.1 模糊推理方法
• 4.3.2 模糊条件推理
• 4.4 解模糊方法
• 4.5 模糊逻辑控制理论
• 5 控制策略在液压AGC 系统中的应用
• 5.1 常规PID 控制器的设计及系统动态仿真分析
• 5.1.1 系统误差的校正
• 5.1.2 PID 控制原理
• 5.1.3 PID 校正系统动态仿真
• 5.2 模糊PID 控制器的设计及系统动态仿真分析
• 5.2.1 模糊自适应PID 控制原理
• 5.2.2 模糊自适应PID 控制器的设计
• 5.2.3 模糊控制算法的仿真分析
• 6 结论与展望
• 6.1 论文的主要工作总结
• 6.2 论文的完善与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录