基于ILQ理论的热连轧活套控制系统研究与设计

论文摘要

随着现代化工业技术的迅速发展,用户对带钢品种、规格、质量和产量的要求日益增高。目前,国内热轧生产线面临设备老化,控制精度不高等问题,亟待技术改造与升级。热连轧过程中活套控制是决定带钢成品质量的关键技术,因此研究活套控制的相关理论与方法具有重要的现实意义。活套系统是一个典型的双输入双输出多变量系统,由于活套角度和带钢张力之间存在着相互耦合作用,给活套控制器的设计带来了很大的难度。本文针对热连轧过程活套系统的角度和张力控制作了较为深入的研究,阐述了活套系统的结构、组成和工作原理;分析了活套系统角度和张力之间的耦合关系,总结了当前活套系统的主要控制方法,并分析了这些方法的优缺点。本文从张力计算公式和活套电机力矩平衡关系出发,建立了活套系统工作点附近线性化模型,提出了基于极点配置的活套控制器设计方法。详细阐述了逆线性二次型(Inverse Linear Quadratic: ILQ)理论,对ILQ理论所涉及的相关定理和ILQ设计所具有的“渐近”特性进行了全新的证明,总结了ILQ设计的适用范围、一般方法与步骤。构造了ILQ设计中加权矩阵Q与黎卡提方程解矩阵P的一般形式。在此基础上,提出了一种改进的基于ILQ理论的设计方法,并将此设计方法运用到活套控制器的设计当中,通过与其他控制方法相比较,详细分析了ILQ设计的所具有的“渐近”特性、在线调节能力、鲁棒性能和抗干扰性能。在MATLAB软件环境下,开发了基于改进ILQ算法的活套控制器设计软件,该软件具有良好的人机界面,简单易用,非常适合研究人员使用。将ILQ设计方法作了进一步推广,为一类MIMO伺服系统控制器的设计提供了一种新的解决方法。最后,分析了ILQ设计中存在的不足,并指出了ILQ理论未来的研究方向。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 热连轧活套控制系统概述
• 1.1 活套系统概述
• 1.2 活套控制系统的工作过程
• 1.2.1 活套起套过程
• 1.2.2 小张力连轧过程
• 1.2.3 落套阶段
• 1.3 活套系统基本方程
• 1.3.1 活套套量计算
• 1.3.2 活套力矩计算
• 1.4 活套控制系统的组成及工作原理
• 1.4.1 活套高度控制系统
• 1.4.2 张力控制系统
• 1.5 本文研究的主要内容和意义
• 第二章 活套系统的控制方法
• 2.1 活套控制难点
• 2.2 活套控制方式
• 2.2.1 传统PI 控制
• 2.2.2 基于解耦理论的互不相关控制
• 2.2.3 基于H∞理论的鲁棒控制
• 2.2.4 基于线性二乘理论的最优控制
• 2.2.5 AGC-活套混合控制系统
• 2.2.6 其他控制方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 ILQ 理论及其控制器设计
• 3.1 LQ 问题以及它的逆问题
• 3.1.1 LQ 问题
• 3.1.2 ILQ 问题
• 3.2 最优稳定反馈控制率K 的参数化设计
• 3.2.1 最优稳定反馈控制率K 的一般形式
• 3.2.2 最优稳定反馈控制率K 的计算方法
• 3.3 ILQ 设计的渐近性
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于ILQ 理论的活套控制系统仿真研究
• 4.1 活套工作点附近线性化模型
• 4.1.1 张力系统建模
• 4.1.2 活套高度系统建模
• 4.2 基于极点配置的活套控制器设计
• 4.3 基于ILQ 理论的活套控制器设计
• 4.3.1 一种改进的ILQ 设计方法
• 4.3.2 活套控制器设计实例
• 4.3.3 ILQ 设计算法分析
• 4.4 仿真分析
• 4.4.1 不同控制方法比较
• 4.4.2 ILQ 设计鲁棒性分析
• 4.4.3 ILQ 设计的抗干扰性分析
• 4.5 基于ILQ 理论的活套控制器设计软件
• 4.5.1 模型输入部分
• 4.5.2 ILQ 设计主界面
• 4.5.3 软件特色
• 4.6 ILQ 理论推广应用
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 参考文献
• 附录1: 加权因子初始值选择方法
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文