基于多变量耦合非线性模型的轧机液压压下系统故障诊断研究

发布时间：2017-10-11 12:32

  本文关键词：基于多变量耦合非线性模型的轧机液压压下系统故障诊断研究

  更多相关文章： HAGC系统 故障诊断 非线性系统建模 微分几何法解耦 观测器

【摘要】：液压厚度自动控制(HAGC)系统作为现代板带轧机的核心技术,是集机、电、液于一体的复杂的非线性动力学系统,具有不确定性、非线性、时变性等特点,该系统运行状态的好坏对产品的质量和产量具有重大影响,因此对其进行故障诊断技术的研究对提高轧机设备生产率和提高设备的管理水平具有重要的实际意义。首先,针对板带轧机HAGC系统的参数变化导致的故障诊断困难及实际故障模拟费用高、危险性大等问题,本文重点分析HAGC系统中伺服阀出口压力—流量这一典型非线性因素,应用模块化建模的方法建立了一种较全面反映系统动态性能的多变量耦合非线性分布式动力学模型。并通过仿真分析和实验数据验证了所建模型的正确性和相比于线性模型更加贴近实际系统的优越性。其次,在所建非线性系统模型的基础上通过改变与系统故障相关的特征参数,对系统不同工况下的故障进行模拟,通过实际轧制数据验证所模拟故障的正确性,所获得的故障特征可为实际系统故障诊断提供依据。再次,针对所建立的非线性模型,应用非线性微分几何解耦理论中条件不变分布概念对系统进行解耦分析,得到了对板带塑性系数变动引起的不确定鲁棒可观测解耦子系统。最后,基于可观测子系统,设计了一指数高增益观测器,通过理论推导和仿真研究证明所设计观测器稳定并渐进收敛,残差信号能够检测出伺服阀或液压缸故障而对板带塑性系数变动引起的不确定鲁棒。通过实际轧制数据验证了该方法的正确性和有效性,解决了系统扰动引起残差时,必然通过放大阈值降低诊断精度的代价来解决这一问题。
【关键词】：HAGC系统 故障诊断 非线性系统建模 微分几何法解耦 观测器
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG334.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景与意义11-14
• 1.1.1 HAGC系统在现代轧机中的重要作用11-12
• 1.1.2 HAGC系统的应用及发展12-13
• 1.1.3 HAGC系统故障诊断的意义13-14
• 1.2 HAGC系统故障诊断方法14-16
• 1.3 存在的主要问题16-17
• 1.4 课题来源以及主要研究内容17-19
• 1.4.1 课题来源17
• 1.4.2 主要研究内容17-19
• 第2章 HAGC系统建模及故障分析19-31
• 2.1 HAGC系统的组成及工作原理19-21
• 2.1.1 HAGC系统的组成19-21
• 2.1.2 HAGC系统的工艺特点21
• 2.2 HAGC系统部件故障分析及模型建立21-29
• 2.2.1 控制器21-22
• 2.2.2 伺服放大器22-23
• 2.2.3 伺服阀23-25
• 2.2.4 液压缸25-27
• 2.2.5 轧机负载基本方程27-28
• 2.2.6 背压回油管道28-29
• 2.2.7 传感器29
• 2.3 HAGC系统非线性模型建立29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第3章 HAGC系统的故障模拟及分析验证31-43
• 3.1 HAGC系统动态响应分析31-35
• 3.1.1 轧制力闭环时系统对阶跃信号响应特性分析31-33
• 3.1.2 轧制力闭环时系统对来料扰动响应特性分析33-35
• 3.2 HAGC系统故障模拟及分析35-37
• 3.2.1 伺服阀增益故障模拟与分析35-36
• 3.2.2 液压缸泄漏故障模拟与分析36-37
• 3.2.3 系统油液混入空气或水故障模拟与分析37
• 3.3 HAGC系统稳态轧制过程瞬态分析37-40
• 3.3.1 伺服阀增益变大故障瞬态分析38-39
• 3.3.2 液压缸泄漏故障瞬态分析39
• 3.3.3 油液混气或水故障瞬态分析39-40
• 3.4 实验数据对故障模拟验证40-42
• 3.4.1 实验平台改造和数据采集介绍40-41
• 3.4.2 实验数据对故障模拟验证41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 微分几何理论对HAGC系统非线性模型解耦43-55
• 4.1 非线性系统解耦控制的概述43-44
• 4.2 非线性微分几何理论基础44-48
• 4.2.1 仿射非线性系统44-45
• 4.2.2 向量场45
• 4.2.3 Lie导数和Lie括号45-46
• 4.2.4 分布46-47
• 4.2.5 非线性坐标变换与微分同胚47-48
• 4.3 非线性系统不变分布与局部分解48-49
• 4.4 非线性系统局部可观测性描述49-50
• 4.5 微分几何法解耦原理50-52
• 4.6 解耦子系统计算52-54
• 4.6.1 规范状态方程52-53
• 4.6.2 解耦子系统计算53-54
• 4.7 本章小结54-55
• 第5章 非线性系统指数增益观测器设计55-65
• 5.1 观测器故障诊断原理55-56
• 5.2 非线性指数增益观测器设计56-62
• 5.2.1 问题描述56-57
• 5.2.2 指数增益观测器设计57-58
• 5.2.3 仿真算例与分析58-62
• 5.3 实验数据验证与分析62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 结论65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果71-72
• 致谢72

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本文编号：1012548