基于模糊自适应的锌层厚度预测控制研究

摘要

随着汽车、家电等行业的发展，热镀锌产品的社会需求量大大增加。按照客户需求精确地控制锌层厚度将会大幅度提高热镀锌产品的质量，降低生产成本。目前，我国先进的热镀锌生产线均从国外引进。因此，研究带钢表面的锌层厚度控制对于提高我国自主知识产权，开发自主的锌层厚度控制系统具有现实意义。 本文首先对热镀锌生产线中的锌层厚度控制系统进行了深入研究，该控制系统包括锌层厚度预设定控制、锌层厚度横向误差控制以及锌层厚度纵向平均控制。其中，锌层厚度预设定控制主要完成这三个控制量的设定值计算;锌层厚度横向误差控制是通过控制气刀唇缝大小来改善锌层横向的均匀度;锌层厚度纵向平均控制是通过对气刀喷气压力和气刀与带钢之间水平距离的调节来提高带钢纵向平均锌层厚度的精度。 通过对影响锌层厚度的几个关键因素进行定量分析，本文建立了锌层厚度回归模型，并选取最小二乘法作为回归模型参数估计和求解的方法。经过检验，得出的锌层厚度回归模型的拟合优度较高。由相关性分析可知，带钢速度和气刀高度间的相关性较高。本文选择单因变量的偏最小二乘法计算得出了新的回归模型系数。 热镀锌是个非线性、多变量、大滞后的过程。多数镀锌生产线仍然采用传统PID控制器控制带钢的锌层厚度。然而，在现场具有较强干扰且被控对象本身存在大滞后的情况下，这种传统控制方法会不可避免地降低锌层厚度的控制效果。针对这种大滞后情况，本文采用模糊预测控制作为主体控制策略，并选用自调整比例因子模糊控制器来提升常规模糊控制器的自适应能力。在气刀喷气压力没有饱和的情况下，从调节压力的角度出发，设计了基于模糊自适应的锌层厚度预测控制器。 仿真结果表明，模糊自适应预测控制器与传统PID控制器控制效果相比，调节时间缩短，超调减小，鲁棒性增强，使原系统控制效果得到优化，有利于提高带钢表面锌层的质量。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1课题背景及实际意义

1．2热镀锌工艺的发展

1．2．1热镀锌生产线工艺流程介绍

1．2．2吹气法镀锌概述

1．3国内外带钢表面锌层厚度研究现状

1．4本文主要工作

第2章锌层厚度控制系统

2．1热镀锌过程概述

2．2热镀锌线气刀结构及特点

2．3锌层厚度测量装置工作原理

2．4锌层厚度控制系统的主要功能

2．4．1锌层厚度预设定控制

2．4．2锌层厚度横向误差控制

2．4．3锌层厚度纵向平均控制

2．5本章小结

第3章锌层厚度模型的建立

3．1影响锌层厚度的因素分析

3．1．1气体压力

3．1．2气刀与带钢之间的距离

3．1．3带钢速度

3．1．4喷嘴角度

3．1．5气刀距锌锅高度(刀高)

3．2气刀模型参数的选取

3．3主要工艺参数对锌层厚度的影响规律

3．4回归系数估计方法的比较

3．4．1最小二乘回归估计

3．4．2岭回归估计

3．4．3主成分回归估计

3．5多元回归模型求解

3．6回归模型中的多重共线性问题

3．6．1多重共线性的产生及后果

3．6．2回归模型多重共线性检验

3．6．3回归模型多重共线性的处理

3．7本章小结

第4章锌层厚度模糊自适应预测控制器设计

4．1模糊预测控制的可结合性分析

4．1．1用模糊建模方法建立对象预测模型

4．1．2用模糊推理对预测误差进行补偿

4．2锌层厚度控制器设计方案

4．3预测控制部分算法设计

4．3．1模型预测部分

4．3．2模型自校正部分

4．3．3动态控制矩阵参数选取

4．4模糊控制器设计

4．4．1模糊控制的基本思想

4．4．2控制器的输入输出量及其基本论域

4．4．3量化因子、比例因子的选择

4．4．4选择描述输入输出量的词集

4．4．5选取模糊变量的隶属度函数

4．4．6建立模糊控制规则

4．4．7精确量的模糊化

4．4．8清晰化处理

4．5本章小结

第5章仿真结果及分析

5．1模糊自适应预测控制器的建立

5．2模型仿真结果

5．3扰动仿真结果与分析

5．4本章小结

第6章结论与展望

参考文献

致谢