一种轧机厚度监控系统的研究

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有重要的意义。本文首先介绍了轧机轧制时厚度的测量原理及其测量系统,轧制过程中厚度变化的规律以及轧制力、空载辊缝和轧机刚度对实际出口厚度的影响。介绍了几种基本的厚度自动控制方法及其控制原理。本文建立了AGC的内环APC的动态模型并对其进行了仿真,以APC为前提,推导出了液压AGC的控制对象的传递函数,利用最小灵敏度函数的定义推导出了Smith预估器的控制器的传递函数。根据厚度控制系统存在时间滞后的特点,采用了Smith预估补偿的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。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。用Smith预估器和PID控制器分别对模型进行了Simulink仿真,由仿真的结果我们可以看出Smith预估器的控制和普通PID控制相比上升时间短、超调小以及稳定时间短,并且在模型失配的时候Smith预估器比普通PID控制器有更好的鲁棒稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 轧机厚度控制发展综述
• 1.3 鲁棒控制理论
• 1.3.1 鲁棒控制理论的产生
• 1.3.2 鲁棒控制理论的历史和发展
• 1.4 本文的主要内容
• 2 轧机厚度自动控制原理及方法
• 2.1 厚度控制的基本原理
• 2.1.1 轧机基本模型
• 2.1.2 机座的弹跳方程和弹性曲线
• 2.1.3 轧件的塑性方程和塑性曲线
• 2.1.4 轧机的弹塑性曲线图
• 2.2 产生厚度波动的几个主要因素
• 2.3 几种基本的厚度自动控制及其控制原理
• 2.3.1 反馈式厚度控制
• 2.3.2 前馈式厚度自动控制
• 2.3.3 监控式厚度自动控制
• 2.3.4 金属的秒流量厚度自动控制
• 2.4 轧机等效刚度
• 2.5 本章小结
• 3 液压 AGC系统数学模型
• 3.1 AGC电液位置伺服的系统结构
• 3.2 厚度控制系统元件基本方程
• 3.2.1 伺服阀基本方程
• 3.2.2 液压缸基本方程
• 3.2.3 背压回油管道
• 3.2.4 力平衡基本方程
• 3.2.5 位移传感器
• 3.3 APC系统的动态模型及其仿真
• 3.4 本章小结
• 4 轧机厚度闭环控制系统
• 4.1 纯滞后的Smith预测控制
• 4.1.1 Smith预测控制原理
• 4.1.2 Smith预测控制的改进方案
• 4.2 具有内模结构的 Smith预估器
• 4.2.1 内模设计思想
• 4.2.2 内模设计方法
• 4.2.3 改进后的Smith预估器
• 4.3 APC数学模型的简化
• 4.4 Smith预估器的控制器设计
• 4.5 本章小结
• 5 液压 AGC系统的仿真研究
• 5.1 PID控制的仿真研究
• 5.1.1 PID控制规律对系统的影响
• 5.1.2 控制器参数的整定
• 5.2 仿真研究
• 5.2.1 模型匹配时的仿真研究
• 5.2.2 模型失配时的仿真研究
• 5.3 仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间参与科研工作情况