可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的控制策略研究

发布时间：2017-12-10 23:02

  本文关键词：可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的控制策略研究

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【摘要】：可逆冷带轧机速度张力系统是保证轧机系统安全、高效轧制的基础,其中维持冷带轧机张力的恒定是保证带钢产品质量的有效手段,若带钢张力波动太大不仅影响板形板厚精度,甚至会造成断带。在可逆冷带轧机的实际轧制生产过程中,其左、右卷取机张力和主轧机速度之间构成了一个多变量、非线性、强耦合和不确定的复杂时变系统。常规的冷带轧机速度张力控制方法多采用单变量控制原则,即主观上忽略速度和张力间的耦合关系来分别设计速度控制系统和张力控制系统,但这在一定程度上影响了速度张力系统的控制精度和带钢产品质量的进一步提高。为了削弱可逆冷带轧机速度张力系统中各变量间的相互耦合影响,提高系统的跟踪控制精度,增强系统的鲁棒稳定性,改善系统的协调控制性能,降低控制系统的成本,本文主要进行了以下几个方面的研究工作:首先,采用机理建模方法建立了相对完备的可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的状态空间模型;针对存在参数摄动和负载扰动的主轧机速度子系统,提出一种基于积分滑模的自适应反步控制方法,有效提高了系统的跟踪控制精度和抗干扰能力。其次,针对可逆冷带轧机速度张力系统的解耦和协调控制问题,分别从静态解耦和动态解耦两个角度进行了研究。1)提出一种基于不变性原理的复合控制方法,该方法应用不变性原理实现速度张力系统的静态解耦;由扩张状态观测器(ESO)、反步法和全局滑模面构成复合控制,有效增强了系统的渐近跟踪性能和鲁棒稳定性。2)为实现速度张力系统的输入\输出动态解耦和全局线性化,提出一种基于幂指数趋近律的微分几何动态滑模解耦控制方法,该方法有效削弱了系统的抖振,提高了系统的动、静态性能。3)考虑参数摄动和负载扰动对系统性能的影响,提出一种基于逆系统动态解耦和小波神经网络(WNN)的非奇异终端滑模控制方法,该方法应用逆系统理论将系统模型解耦成伪线性系统,并基于反步法和双幂次趋近律完成非奇异终端滑模控制器的设计;采用WNN对系统的不确定项进行逼近,有效提高了速度张力系统的跟踪控制精度。再次,将可逆冷带轧机速度张力系统中的耦合项看成外扰,分别从观测器设计和鲁棒抑制两个角度进行了研究。1)提出一种基于ESO的全局积分滑模自适应反步控制方法,该方法基于分散控制原理,通过构造ESO对由系统耦合项和不确定项构成的综合外扰进行动态观测,并将其观测值引入基于反步法设计的全局积分滑模自适应控制器中进行补偿,速度张力系统实现了有效的动态解耦和协调控制。2)考虑参数摄动对系统性能的影响,提出一种调节参数少、易于整定的耗散Hamilton控制方法,该方法采用侵入与不变流形(II)自适应方法对系统中的摄动参数进行估计,并基于互联和阻尼配置以及能量整形方法设计出鲁棒性较强的速度张力外环耗散Hamilton控制器;将速度张力外环的输出作为电流内环的给定,进而完成系统电流内环积分滑模控制器的设计。最后,针对可逆冷带轧机速度张力系统的无张力计控制问题,基于反馈耗散Hamilton理论,并结合“扩张系统+反馈”方法完成系统速度张力外环自适应状态观测器和Hamilton控制器的设计,实现了系统的无张力计控制,降低了控制系统的成本;设计的系统电流内环鲁棒控制器实现了可逆冷带轧机速度和张力间的协调控制及对不确定项的2L干扰抑制。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG334.9

【引证文献】

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1 王永初;蒋莉莉;王晓霞;;相对放大系数的若干评注[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年

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本文编号：1276200