基于多变量耦合非线性模型的轧机液压压下系统故障诊断研究

摘要

液压厚度自动控制(HAGC)系统作为现代板带轧机的核心技术，是集机、电、液于一体的复杂的非线性动力学系统，具有不确定性、非线性、时变性等特点，该系统运行状态的好坏对产品的质量和产量具有重大影响，因此对其进行故障诊断技术的研究对提高轧机设备生产率和提高设备的管理水平具有重要的实际意义。
　　首先，针对板带轧机HAGC系统的参数变化导致的故障诊断困难及实际故障模拟费用高、危险性大等问题，本文重点分析HAGC系统中伺服阀出口压力—流量这一典型非线性因素，应用模块化建模的方法建立了一种较全面反映系统动态性能的多变量耦合非线性分布式动力学模型。并通过仿真分析和实验数据验证了所建模型的正确性和相比于线性模型更加贴近实际系统的优越性。
　　其次，在所建非线性系统模型的基础上通过改变与系统故障相关的特征参数，对系统不同工况下的故障进行模拟，通过实际轧制数据验证所模拟故障的正确性，所获得的故障特征可为实际系统故障诊断提供依据。
　　再次，针对所建立的非线性模型，应用非线性微分几何解耦理论中条件不变分布概念对系统进行解耦分析，得到了对板带塑性系数变动引起的不确定鲁棒可观测解耦子系统。
　　最后，基于可观测子系统，设计了一指数高增益观测器，通过理论推导和仿真研究证明所设计观测器稳定并渐进收敛，残差信号能够检测出伺服阀或液压缸故障而对板带塑性系数变动引起的不确定鲁棒。通过实际轧制数据验证了该方法的正确性和有效性，解决了系统扰动引起残差时，必然通过放大阈值降低诊断精度的代价来解决这一问题。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 HAGC系统故障诊断方法

1.3 存在的主要问题

1.4 课题来源以及主要研究内容

第2章 HAGC系统建模及故障分析

2.1 HAGC系统的组成及工作原理

2.2 HAGC系统部件故障分析及模型建立

2.3 HAGC系统非线性模型建立

2.4 本章小结

第3章 HAGC系统的故障模拟及分析验证

3.1 HAGC系统动态响应分析

3.2 HAGC系统故障模拟及分析

3.3 HAGC系统稳态轧制过程瞬态分析

3.4 实验数据对故障模拟验证

3.5 本章小结

第4章 微分几何理论对HAGC系统非线性模型解耦

4.1 非线性系统解耦控制的概述

4.2 非线性微分几何理论基础

4.3 非线性系统不变分布与局部分解

4.4 非线性系统局部可观测性描述

4.5 微分几何法解耦原理

4.6 解耦子系统计算

4.7 本章小结

第5章 非线性系统指数增益观测器设计

5.1 观测器故障诊断原理

5.2 非线性指数增益观测器设计

5.3 实验数据验证与分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢