可逆轧机厚度与张力解耦控制方法研究

摘要

在可逆轧机轧制过程中，当改变轧辊位置来调节带钢厚度时，带钢厚度变化将会引起带钢入口速度的变化，进而使带钢入口张力受到影响;而当张力发生变化时，轧制力将会随之改变，从而使带钢的厚度受到影响。因此，为提高系统的控制精度和控制性能，对厚度和张力系统的解耦控制研究是十分必要的。
　　首先，本文对可逆轧机厚度自动控制系统中的前馈AGC、秒流量AGC、测厚仪式AGC及加减速补偿功能分别进行了研究分析。接着对张力控制系统中的直接张力控制、间接张力控制和复合张力控制控制原理进行了研究。随后对轧制过程中厚度与张力间存在的耦合关系进行了深入的探究。
　　其次，基于对厚度与张力控制环节数学模型的研究，根据各变量间的耦合关系，以辊缝给定位置和开卷机驱动电机转矩为控制变量，以轧机出口带钢厚度和入口带钢张力为被控变量建立了厚度-张力多变量系统模型。
　　再次，为减小带钢厚度和张力间的相互影响，进一步提高带钢的厚度和张力控制精度，本文对工程上常用的对角矩阵法解耦和基于不变性原理的解耦方法进行了研究。然后针对厚度-张力耦合模型，应用不变性原理设计了解耦补偿器对厚度张力耦合系统进行解耦，并对解耦效果进行了仿真实验。
　　最后，针对解耦后的厚度和张力控制系统存在的模型参数摄动和各种干扰的不确定性，采用H∞混合灵敏度控制方法设计了鲁棒控制器。针对鲁棒控制器设计过程中加权函数的参数选择具有随机性的特点，采用遗传算法对加权函数的参数进行优化选择。随后用MATLAB分别对含有鲁棒控制器和PID控制器的厚度和张力控制系统进行了仿真实验并比较其对应的控制性能。研究结果表明，解耦后的厚度和张力控制系统采用鲁棒控制器可以获得更好的控制效果。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景、目的与意义

1．2 解耦控制技术的研究现状

1．3 本文的主要工作

第2章 可逆轧机厚度与张力控制系统研究

2．1 可逆轧机AGC系统研究

2．1．1 前馈AGC

2．1．2 秒流量AGC

2．1．3 测厚仪式AGC

2．1．4 加减速补偿功能

2．1．5 可逆轧机AGC系统控制策略

2．2 可逆轧机ATC系统研究

2．2．1 直接张力控制

2．2．2 间接张力控制

2．2．3 复合张力控制

2．2．4 开卷机张力控制策略

2．3 可逆轧机厚度与张力间的耦合

2．4 本章小结

第3章 厚度与张力控制系统的建模与解耦

3．1 厚度与张力控制系统的建模

3．1．1 厚度控制与张力控制耦合关系推导

3．1．2 厚度与张力耦合模型的建立及传递函数的求取

3．2 厚度与张力控制系统的解耦

3．2．1 解耦设计的一般原则

3．2．2 对角矩阵解耦原理

3．2．3 不变性解耦原理

3．2．4 厚度与张力控制系统解耦补偿器设计

3．3 解耦效果仿真研究

3．4 本章小结

第4章 基于遗传算法的H∞混合灵敏度鲁棒控制器设计

4．1 H∞混合灵敏度控制

4．1．1 H∞标准控制问题

4．1．2 H∞混合灵敏度控制问题

4．1．3 闭环系统性能指标与加权函数的关系

4．2 基于遗传算法的H∞混合灵敏度控制器设计

4．2．1 加权函数的选取

4．2．2 染色体编码及初始化

4．2．3 性能指标及适应值函数的确定

4．2．4 加权函数寻优的算法流程

4．2．5 H∞混合灵敏度控制器的求解及性能检验

4．3 仿真实验

4．3．1 模型精确时仿真研究

4．3．2 存在干扰时仿真研究

4．3．3 参数摄动时仿真研究

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 研究展望

参考文献