冷连轧厚度和张力建模与滑模变结构控制

发布时间：2017-07-30 00:24

  本文关键词：冷连轧厚度和张力建模与滑模变结构控制

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【摘要】：冷连轧生产过程中,国内外主要以交互作用的静态分析为基础,并采用单变量控制系统的设计原则对厚度和张力系统进行研究。因为厚度和张力控制系统是一个非线性、多变量、强耦合的实时系统,所以原始设计不能提高成品带钢的厚度精度。考虑适合此系统的分析方式已变为一个急需处理的问题。张力这个技术指标在带钢轧制过程中起着非常重要的作用,每个机架间的相互连系是通过张力建立的。在传统的厚度与张力系统控制方式中,厚度控制与张力控制分别单独运行,对于两者间的耦合影响并没考虑到,而实际情况是当厚度变化时,使得机架间张力也产生变化,反之,也有同样情况出现。也就是说,冷连轧厚度与张力系统是一个双输入双输出的并存在着紧密配合与相互影响的系统。在板带的加工方法过程中,由于钢带间存在的张力、板厚产生的上下或左右的震动、决定被控对象工作状态的主要变量与调节变量,三者之间存在着紧密配合与相互影响,因而各个变量不能发挥本有的作用,甚至使受控系统的各个部件不能正常运转。因此,需要找寻出引起张力变化及影响加工方法的主要因素。基于某钢厂五机架冷连轧机组作为背景,对厚度和张力系统做了着重的研究,主要研究内容和成果如下:首先,基于非线性、强耦合、多约束的厚度和张力系统建立了数学模型,可根据现场数据得到该系统的传递函数。并且用MATLAB软件将其离散化,为能把张力和厚度从系统中分离开来而采用一定方法的应用埋下了伏笔。然后,对建立好的数学模型进行常规PID解耦控制实验,通过对响应曲线的分析可证明解耦效果的有效性,但抗干扰能力不能达到预想的效果、响应时间也比较慢。因此,本文提出了模糊滑模解耦控制算法,并将该算法应用在厚度和张力耦合系统中,从而达到解耦的控制效果。通过仿真分析可知,具有多个输入和输出量的系统,常规PID解耦控制并不能达到理想的效果,通过变结构控制,可以达到较高的精度。最后,模糊滑模解耦控制算法虽然柔化了系统的输出信号,但在一定范围内还是存在一定的抖动。所以运用两个对信号有处理作用的滤波器,其作用分别是:对控制信号进行滤波及对输出信号的噪声进行抑制。仿真结果表明该方法解耦效果好同时可减小系统的抖振。
【关键词】：厚度和张力系统 建模 模糊滑模控制 智能解耦
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.12
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1. 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景和意义10-11
• 1.2 冷连轧机厚度控制系统的现状和进展11-12
• 1.3 张力控制对ATC的作用12-13
• 1.4 厚度和轧制张力解耦控制的发展13-14
• 1.5 主要研究内容14-15
• 2. 冷连轧机厚度自动控制系统15-30
• 2.1 冷轧带钢塑性变形理论基础15-19
• 2.1.1 轧制变形区基本参数15-16
• 2.1.2 轧制时的前滑16-17
• 2.1.3 冷轧轧制力公式17-19
• 2.2 冷连轧过程基本方程19-26
• 2.2.1 弹跳方程19-22
• 2.2.2 连轧张力方程22-26
• 2.3 厚度自动控制（AGC）26-27
• 2.4 冷连轧AGC系统的基本环节27-28
• 2.5 传统的冷连轧AGC系统28
• 2.6 自动张力控制（ATC）28-29
• 2.7 本章小结29-30
• 3. 冷连轧机厚度和张力系统建模30-35
• 3.1 冷连轧机的厚度和张力控制系统的介绍30
• 3.2 冷连轧机厚度和张力系统的建模30-33
• 3.3 冷连轧机厚度和张力系统耦合性研究33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 4.多变量解耦控制方法35-41
• 4.1 耦合系统的相对增益35-36
• 4.2 传统的耦合系统36-39
• 4.3 自适应解耦控制39
• 4.4 智能解耦控制方法39-40
• 4.5 本章小结40-41
• 5. 模糊滑模控制41-52
• 5.1 模糊控制41-44
• 5.1.1 模糊控制原理41
• 5.1.2 模糊控制器41-44
• 5.2 滑模变结构控制44-47
• 5.2.1 滑模变结构的基本思想44
• 5.2.2 滑模变结构控制的思想44-45
• 5.2.3 滑模变结构控制的定理45-46
• 5.2.4 滑模变结构控制出现的抖振现象46-47
• 5.3 模糊滑模变结构控制47
• 5.4 模糊滑模控制的解耦处理47-51
• 5.4.1 模糊滑模变结构控制在厚度和张力系统中的应用48-50
• 5.4.2 带滤波器的模糊滑模控制厚度与张力系统50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 6. 厚度和张力系统解耦控制研究52-60
• 6.1 PID控制理论及仿真分析52-58
• 6.1.1 PID控制原理52-53
• 6.1.2 厚度与张力系统的PID解耦仿真研究53-58
• 6.2 厚度和张力系统模糊滑模解耦控制仿真58-59
• 6.3 本章小结59-60
• 7.展望和总结60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况64-65
• 致谢65-66
• 作者简介66-67

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本文编号：591779