先进控制理论在冷轧平整机控制系统中的应用研究

发布时间：2020-03-27 20:48

【摘要】：平整机是生产高品质冷轧带钢的关键设备,在冶金生产过程中占有重要作用。平整轧制是生产优质薄板的关键工序。其目的是祛除带钢退火后的屈服平台,改善带钢的板形质量、带钢表面的光洁度和粗糙度。冷轧平整轧制工艺过程是典型的多变量耦合、复杂的非线性控制系统,同时存在不确定性以及随机干扰等问题。经典控制理论的应用难以达到全局最优化的高精度控制目的。本文的主要目的在于综合分析冷轧平整过程中对带钢延伸率和板形控制精度产生重要影响的因素,针对平整机板形板厚、延伸率综合控制系统中存在的耦合及扰动问题,应用先进控制理论来解决上述平整轧制过程存在的相关问题,以期提升我国的冷轧平整机自动化控制技术水平。本文的主要工作及创新点如下:1)提出了一种基于预期配置的输出反馈解耦同时鲁棒补偿控制的方法,进行鲁棒补偿器设计的同时实现解耦控制,从理论上证明了该控制器能同时实现输出反馈解耦并具有较好的鲁棒性,并将此理论方法应用于平整机板形板厚多变量耦合系统,解决了多变量系统中的强耦合和模型不确定性等问题。首先预期配置闭环系统传递函数为非奇异对角矩阵,根据传递函数分式矩阵互质分解理论,再给定加权函数和鲁棒性能指标,而后设计并解析计算出自由矩阵和补偿控制器。通过仿真表明,系统具有鲁棒性的同时达到了解耦控制的效果。2)提出了一种二阶系统线性扩张观测器在期望极点互异条件下的参数整定规则,并利用频域方法研究了使用微分跟踪器的线性扩张状态观测器(LESO)的估计能力、LESO参数的观测误差和收敛性,并从理论上证明了在PD控制律下系统的稳定性。其目的是用LESO设计了扩展的状态量来跟踪平整机板形板厚模型未知部分、耦合项和外部未知扰动的影响。采用该控制器与PID控制器进行系统仿真对比,结果表明该控制器对系统所受外部扰动和模型参数变化具有较强的抑制力,同时也有效弱化了系统的耦合现象。3)提出了一种基于互联与阻尼配置(IDA)的三相电流源型逆变器(CSI)驱动交流电机的无源控制策略(PBC),提高了因大功率CSI开关频率受限的交流电机在平整机张力卷取中的动态响应精度。首先对集总参数下带独立存储单元的三相CSI驱动交流电机的电路进行建模,提出了三相CSI在Park坐标系下的端口受控哈密顿(PCH)模型。通过求解闭环系统下互联与阻尼矩阵的参数化偏微分方程,得出了系统的控制率,并分析了系统Lyapunov稳定性。通过对所提出的控制策略进行仿真实验,结果表明三相电流源型逆变器能够输出较好的电压波形,对负载扰动具有较强的抗干扰能力,从而提高了系统运行的稳定性和控制性能。4)针对冷轧平整机生产线上的交流卷取机张力控制,提出了一种分段模型及参数自适应控制方法,解决了因卷取机的卷径变化致使张力系统模型中的机电时间大范围常数时变,造成线性调节器难以达到全局最优化控制的问题。首先分析了张力系统对象模型,设计了三段线性模型,依据卷径大小信息进行切换选择,调节器参数自适应的算法,仿真研究和现场试验结果均表明了该方法的有效性。
【图文】：

Ｉ逡逑２．１．１辊系方程逡逑图２－１是简化后的四辊轧机辊系力学原理图［１４１］。逡逑逦Ｌ逦逡逑Ｉ逦Ｉ逡逑Ｆ：邋￣￣＾ ｜邋逦－逦邋￣￣＾邋Ｆ：逡逑９（ｙ）逡逑ｊ逦＾ｒＴＴＴｉ邋１１邋ＦＩ邋ｆＴＴＴＴ＂逦＼逡逑ｆ？逦￣土逦Ｆｈ逡逑逦逦逦逦逦逡逑ｐｉ（ｙ）逡逑￣逦￣￣ｉｔ￣￣ｉ＾￣逡逑Ｋ邋ｙ／／／／／／／／／／／／，邋Ｋ逡逑Ｂ逡逑Ｌｆｗ逡逑Ｌｆｂ逡逑ｈ逦：逦￥逡逑图２－１四辊辊系力学原理图逡逑图中乃Ｃｙ）邋—单位宽度乳制压力横向分布；逡逑一工作辊与支撑辊辊间接触压力横向分布；逡逑－２４－逡逑

ｗ、Ｇ—工作辊弯辊力和支撑辊弯辊力；逡逑ｚ＾、一工作辊弯辊缸间距和支撑辊缸间距；逡逑根据乳辊弹性变形理论［１４２］，用图２－２表示将辊系长度分割模型，ｍ表示逡逑轧辊长度划分的段数，Ａｙ表示每一小段的宽度值，《表示被轧制力作用带钢逡逑的划分段数。当轧辊发生弹性变形时由辊缝形状的计算，可知带钢出口横截逡逑面情况。逡逑逦逦邋１逦逡逑｜邋Ｉ邋｜邋｜邋｜邋｜邋１１邋丨邋￣ｆＴＴ逡逑逦逦Ｉ逦！逦逦逡逑逦逦ｒｉ逦！逦逡逑＿Ｊ邋ｉ逦逦！逦ｉ邋＿逡逑逦￣邋！逦ｉ逦｜逦逦逡逑逦邋逦邋Ｕ逦ｒｉ逦逡逑逦Ｉ１１邋１邋」＿邋１逦１邋Ｉ邋ｗ，逦逡逑ｈｉ邋１邋１邋ｉ邋１１１逦＾＂Ｆ１邋￣逡逑图２－２轧辊变形理论下的辊系分割图逡逑坐标初始点以轧辊中心线为轴，用凡表示支撑轧辊某一个单元的挠度：逡逑ｍ逡逑ｆｂｉ邋＝逦＝邋Ｆｈａ？ｕ逦0？邋＝邋１，２，…，ｗ）逦（２－１）逡逑＞＝１逡逑式中ｆｌｂｙ—辊间压力引起的支撑辊弯曲影响函数；逡逑１逡逑ａＦｂｉ—支撑辊弯辊力引起的支撑辊弯曲影响系数。逡逑用表示工作辊某一单元轴线的位移：逡逑ｍ逡逑Ｌｉ邋＝邋／Ｊ邋＋邋Ｓ邋Ａｙ７邋（ｐｒｊ邋－ｑｊ）邋＋邋ａＦｗｉＫ逦“邋＝邋１，２，…，ｗ）逦（２－２）逡逑７＝１逡逑式中心一轧制力及辊间压力弓丨起的工作辊弯曲影响函数；逡逑ａＦｗｉ—工作辊的弯曲影响系数；逡逑用／／表示工作辊轴线的刚性位移：逡逑ＪＫ邋＝邋ｙ，邋－0－５Ａｙ邋－ｃｃｗ邋ｃ邋＋逦＋０．５Ｚ，，ｙ邋－ｃｃｗ邋ｃ逦（２＿３）逡逑Ａｙ逡逑式中ｃ
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TG333;TP273

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 石旭;;冷轧平整机延伸率控制系统应用探讨[J];中国金属通报;2019年02期

2 刘闯;;四辊平整机湿平整液系统优化与改造[J];冶金设备;2017年01期

3 王超;姜海洋;姜鑫;;侧导在承钢1780热轧平整机组的应用[J];中国钢铁业;2016年06期

4 王贺建;;热轧带钢平整机组的技术改进分析[J];中国金属通报;2017年06期

5 宋光义;杨荃;王晓晨;张喜榜;王凤美;王秋娜;;热轧带钢平整机工作辊磨损规律[J];钢铁;2017年09期

6 罗扬;;宝钢特钢1450mm两辊平整机热试成功[J];上海金属;2011年02期

7 戚新军;孙浩然;王震;何晓波;;1550mm连退机组四辊平整机技术与应用特点[J];设备管理与维修;2011年09期

8 ;“1050四辊平整机的研制”项目成果丰硕[J];云南科技管理;2011年06期

9 孙建华;;浅谈平整机组对冷轧板带质量的影响[J];安徽冶金;2006年04期

10 周兴明,王绍轩;PGD·130A型遥控电动牵引粮面平整机填补国内平粮机械空白[J];粮油仓储科技通讯;2004年05期

相关会议论文 前10条

1 李玉江;;平整机合辊瞬间轧制力优化技术[A];第八届（2011）中国钢铁年会论文集[C];2011年

2 曹平;;梅钢平整机组卷取机间接恒张力控制[A];全国冶金自动化信息网2009年会论文集[C];2009年

3 李传欣;李纯山;;平整机横向条纹产生原因及消除研究[A];中国金属学会2003中国钢铁年会论文集（4）[C];2003年

4 唐志富;张胜芬;;冷轧平整机组延伸率控制系统缺陷分析及改进建议[A];第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C];2006年

5 徐涛;吴有生;李玉清;;极薄板六辊平整机中间辊偏移分析[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集（下）[C];2009年

6 张倩;李欣;郭彩承;;冷轧平整机延伸率控制系统浅析[A];中国自动化学会全国第九届自动化新技术学术交流会论文集[C];2004年

7 李慧丽;钱建冬;孙晓丽;翟永辉;;冷轧平整机延伸率自动控制系统分析[A];自动化技术与冶金流程节能减排——全国冶金自动化信息网2008年会论文集[C];2008年

8 王宏学;马悦;谢刚伟;;浅析冷轧热镀锌平整机数学模型的工作原理[A];中国计量协会冶金分会2008年会论文集[C];2008年

9 王宏学;马悦;谢刚伟;;浅析冷轧热镀锌平整机数学模型的工作原理[A];2008全国第十三届自动化应用技术学术交流会论文集[C];2008年

10 徐根元;华杰;;钢厂冷轧平整机滚动轴承工作时发热问题的解决[A];第八届全国设备与维修工程学术会议、第十三届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2008年

相关重要报纸文章 前10条

1 王素琴;先进高强钢用张力平整机的研制[N];世界金属导报;2019年

2 ;德国RISSE+WILKE钢厂新建先进平整机[N];世界金属导报;2014年

3 记者 魏双林;衡水薄板高精度平整机投产[N];中国冶金报;2006年

4 赵雪静;意大利玛切嘉利四辊不锈钢平整机介绍[N];世界金属导报;2013年

5 张秀娴;紧凑式在线张力平整机[N];世界金属导报;2004年

6 ;中国包钢新建平整机顺利投产[N];世界金属导报;2005年

7 ;葡萄牙Lusosider Acos Planos平整机投产后运行效果超预期[N];世界金属导报;2012年

8 林立恒;新型平整机：更高的平直度[N];世界金属导报;2008年

9 张安松;安钢热连轧平整机技改见成效[N];中国冶金报;2010年

10 严;匈牙利DWA公司对其平整机进行现代化改造[N];世界金属导报;2005年

相关博士学位论文 前4条

1 李鹏威;先进控制理论在冷轧平整机控制系统中的应用研究[D];北京科技大学;2019年

2 曾春;冷轧平整机轧辊表面振纹产生机理及试验研究[D];武汉理工大学;2010年

3 王立萍;延伸率和板形综合控制二辊式平整机改造设计和仿真研究[D];燕山大学;2002年

4 乔海军;冷轧带钢平整机喷淋与吹扫流场的数值模拟与实验研究[D];燕山大学;2015年

相关硕士学位论文 前10条

1 李克萍;冷轧平整机组控制系统升级改造研究[D];东北大学;2016年

2 李文波;2230连退平整机延伸率系统研究及改进[D];东北大学;2017年

3 朱斌;BX公司平整机组自主集成EPC项目全过程运作管理研究[D];浙江工业大学;2017年

4 程亮;双轴螺旋平整机的理论研究及试验分析[D];中国农业大学;2001年

5 宋君;1450mm冷轧平整机模型研究与仿真[D];大连理工大学;2014年

6 王博;2030平整机压下系统动态性能分析与控制方法研究[D];东北大学;2009年

7 刘金强;900平整机液压系统在线状态监测系统研究[D];燕山大学;2007年

8 孙明军;双机架平整机延伸率控制系统技术研究[D];机械科学研究总院;2012年

9 于冰;冷轧平整机调度算法研究[D];上海交通大学;2009年

10 江连运;动态AGC在平整机恒压力控制系统中的应用研究[D];太原科技大学;2011年

，

本文编号：2603371