带钢冷连轧控制模型与控制算法

摘要

冷轧板、带材在国民经济建设与发展中作用重大，使用量也很大。由于带钢产品、冷轧薄板具有尺寸精度高、表面质量好和良好的机械、工艺性能等优点，同时其薄而宽的断面也决定了其应用上的优越性，冷轧板带在建筑、桥梁、汽车、压力容器、船舶、电器等各方面都有广泛的应用。冷连轧机是一个复杂的多变量时变非线性耦合大系统。用物理模拟的方法，即在实验机组上或直接在生产轧机上进行研究是非常困难的，并且耗资巨大，所以将实际控制轧件的轧机系统以数学模型的形式进行描述意义重大。
　　 本文综合运用电机电气控制系统和轧制塑性变形原理等带钢冷轧基本理论，研究了冷轧带钢的工艺流程，建立了带钢冷连轧机的轧制压力模型、摩擦系数模型及速度、张力控制的计算模型，建立冷连轧机系统的稳态数学模型。在建模过程中主要做了以下工作：
　　 1.分析了轧机的弹塑曲线和厚度变化原因，及带钢冷轧轧制过程特点和影响带钢冷轧轧制压力的主要因素。
　　 2.建立了带钢冷连轧机的轧制压力和摩擦系数模型。
　　 3.建立了带钢冷连轧机系统的速度、张力控制的数学模型。
　　 4.建立了带钢冷连轧整个系统的数学模型。
　　 对建立的带钢冷连轧整个系统的数学模型用MATLAB /Simulink进行数值模拟仿真。针对冷连轧控制系统中存在时滞、时变、大惯性、非线性等问题和传统PID控制参数整定不易的局限,提出了将模糊控制和PID控制结合起来,构造了一个模糊PID控制器,通过模糊控制规则，在线调整PID控制器的参数。通过MATLAB仿真实验证明,与传统PID控制器相比，模糊自适应PID控制器的动静态性能好，即响应时间短,超调量小,稳态性能好。基于模糊自适应PID控制器的冷连轧数学模型仿真实验,取得了令人满意的控制效果。
　　 经仿真试验比较，表明提出的新的控制算法优于传统控制算法。