自抗扰控制理论研究及其在冷轧中的应用

发布时间：2017-05-13 05:28

  本文关键词：自抗扰控制理论研究及其在冷轧中的应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：冷轧生产过程具有多个相互独立与相互关联的控制系统,这些系统都是复杂的非线性系统,并存在着各种不确定性,因此研究不确定非线性系统的控制问题对实现冷轧生产过程的有效控制具有重要意义。非线性系统具有复杂性和多样性,针对不同的非线性系统,已提出的不同控制方法往往基于系统具体的数学模型,限制了此类算法在工程中的广泛应用。自抗扰控制技术是一种实用的非线性控制方法,不依赖于被控系统的内部机理和外扰规律,能够对系统中不确定非线性进行实时估计并给予主动补偿,算法简单可行易于在工程中实现。本文研究了一类不确定非线性系统的自抗扰控制问题,结合奇异扰动理论给出了非线性自抗扰控制系统的稳定性分析,并将自抗扰控制方法应用于冷轧生产过程控制。本文主要研究工作为： 1)针对一类可简化为积分串联型的不确定非线性系统自抗扰控制问题,通过构建具有奇异扰动特性的闭环系统,基于奇异扰动理论给出了非线性自抗扰控制系统稳定性分析及理论证明。 2)针对统一混沌系统,设计自抗扰控制方法,实现了对混沌系统的有效控制,并分析了闭环系统的稳定性,给出了系统稳定的充分条件。通过仿真研究验证了该控制方法的有效性。同时,为探索自抗扰控制抑制轧制过程中混沌现象的问题奠定了基础。 3)针对用于具有输出噪声的不确定非线性系统,分析了输出噪声对扩张状态观测器性能及增益选取的影响,设计了可变增益扩张状态观测器,使扩张状态观测器在高增益时能够对系统状态及不确定非线性进行实时估计,并在低增益时降低对高频噪声的敏感性,最后给出了可变增益扩张状态观测器的收敛性分析。 4)将自抗扰控制方法应用于轧机液压伺服系统中,设计自抗扰控制器实现对液压伺服系统的有效控制,并设计自抗扰同步控制系统实现轧机两侧液压伺服系统的快速同步,通过频域分析、数值仿真以及现场实验验证了自抗扰控制具有良好的控制效果。 5)以自抗扰控制技术为手段,探索轧机存在轧辊偏心扰动以及垂直振动情形下的板带厚度控制问题。首先基于厚度计式厚度控制系统设计自抗扰重复控制器,在无需偏心信号幅值、相位等特征条件下实现对轧辊偏心扰动的有效补偿,减小板带出口厚度波动；其次考虑轧机垂直振动情况下的板厚问题,建立由液压伺服系统、辊系动态系统以及轧制过程模型构成的轧机板厚系统模型,并基于此模型设计自抗扰串级控制系统,提高板带厚度的控制精度。最后通过仿真研究验证了自抗扰控制方法的有效性。
【关键词】：自抗扰控制 奇异扰动 不确定非线性系统 扩张状态观测器 冷轧机
【学位授予单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.12;TP13
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 引言12-27
• 1.1 研究背景及意义12-13
• 1.2 非线性系统控制综述13-17
• 1.2.1 非线性系统分析方法14-15
• 1.2.2 非线性系统设计方法15-17
• 1.3 自抗扰控制技术综述17-21
• 1.3.1 传统PID控制的优缺点18
• 1.3.2 自抗扰控制技术发展历史18-20
• 1.3.3 自抗扰控制技术研究现状20-21
• 1.4 冷轧厚度控制综述21-24
• 1.5 本文研究的主要内容及创新点24-26
• 1.6 论文结构26-27
• 2 非线性自抗扰控制系统的稳定性研究27-68
• 2.1 奇异扰动理论基础27-30
• 2.2 SISO不确定非线性系统的自抗扰控制30-44
• 2.2.1 问题描述31-32
• 2.2.2 控制算法设计及稳定性分析32-38
• 2.2.3 数值仿真38-44
• 2.2.4 小结44
• 2.3 MIMO不确定非线性系统的自抗扰控制44-54
• 2.3.1 问题描述45-46
• 2.3.2 控制算法设计46-50
• 2.3.3 数值仿真50-54
• 2.3.4 小结54
• 2.4 统一混沌系统的自抗扰控制54-67
• 2.4.1 问题描述56-57
• 2.4.2 控制算法设计及稳定性分析57-63
• 2.4.3 数值仿真63-67
• 2.4.4 小结67
• 2.5 本章小结67-68
• 3 用于具有输出噪声系统的可变增益扩张状态观测器68-82
• 3.1 问题描述69-73
• 3.2 可变增益扩张状态观测器及其收敛性分析73-78
• 3.2.1 可变增益扩张状态观测器73-74
• 3.2.2 收敛性分析74-78
• 3.3 数值仿真78-81
• 3.4 本章小结81-82
• 4 轧机液压伺服系统自抗扰控制82-104
• 4.1 轧机液压伺服系统自抗扰控制82-93
• 4.1.1 问题描述83-84
• 4.1.2 控制算法设计及分析84-90
• 4.1.3 仿真研究90-92
• 4.1.4 小结92-93
• 4.2 轧机两侧液压伺服系统自抗扰同步控制93-103
• 4.2.1 问题描述93-95
• 4.2.2 控制算法设计95-97
• 4.2.3 仿真和实验研究97-102
• 4.2.4 小结102-103
• 4.3 本章小结103-104
• 5 冷轧机板厚系统自抗扰控制104-130
• 5.1 轧辊偏心自抗扰重复补偿控制104-111
• 5.1.1 GM-AGC系统中轧辊偏心补偿控制105-106
• 5.1.2 自抗扰重复补偿控制器设计106-108
• 5.1.3 仿真研究108-111
• 5.1.4 小结111
• 5.2 轧机振动下板厚系统动态模型及自抗扰控制111-129
• 5.2.1 轧机振动下板厚系统动态模型113-121
• 5.2.2 轧机振动下板厚系统自抗扰控制121-124
• 5.2.3 仿真研究124-129
• 5.2.4 小结129
• 5.3 本章小结129-130
• 6 结论130-134
• 6.1 论文工作总结130-131
• 6.2 有待继续研究的内容131-134
• 参考文献134-149
• 作者简历及在学研究成果149-152
• 学位论文数据集152

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：361695