连铸结晶器液压非正弦振动控制系统的研究

摘要

连铸结晶器振动系统是提高连铸铸坯质量的关键环节,目前大部分采用机械式正弦振动技术。随着铸坯质量要求的提高和高速连铸的需求,机械式正弦振动技术已经不能适应现代连铸的要求,而电液伺服式非正弦振动在频率不变的同时减少了负滑脱时间,可以有效改善铸坯与结晶器内壁的润滑、减小摩擦、降低拉漏事故率和提高铸坯质量,成为结晶器振动技术发展的热点。本文结合结晶器振动系统特点,给出非正弦波形的位移和速度数学表达式,并对参数进行了分析。根据电液伺服控制系统的原理和结晶器液压伺服系统的特点推导了阀控非对称液压缸的传递函数；考虑阀控液压缸固有频率,建立了伺服阀的数学模型,并通过MATLAB系统进行了电液伺服系统稳定性分析。结晶器非正弦振动系统建模存在着不确定性,系统参数变化较大,传统的PID控制方法是基于模型的控制,在较大范围内很难适应典型的时变系统。而自适应PID是一种基本上不依赖于模型的控制方法,比较适用于具有那些不确定性或高度非线性的控制对象,并具有较强的自适应和学习功能。因此,开发自适应控制系统,对结晶器非正弦振动控制具有重大的指导和现实意义。本文设计了常规PID控制器、模糊自适应PID控制器和三种单神经元自适应PID控制器,应用于结晶器非正弦振动控制系统中。仿真及试验结果表明单神经元自适应PID控制提高了结晶器振动的响应速度,有效地保证了结晶器振动负滑脱时间这一控制指标；减小了位置跟踪波形的畸变,使结晶器按给定非正弦振动特性曲线运动。而且程序在PLC上运行时间也在合理范围内,保证了控制的实时性。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 连续铸造简介

1.1.1 连铸技术的发展及现状

1.1.2 连续铸造的优越性

1.2 结晶器振动控制技术发展及趋势

1.2.1 结晶器振动的作用

1.2.2 结晶器振动形式的发展

1.2.3 控制策略的发展

1.2.4 国内外结晶器振动技术的发展及应用

1.3 课题背景及意义

1.4 本文主要工作

2 液压伺服系统设计及建模

2.1 液压伺服系统

2.1.1 液压伺服系统的发展与应用

2.1.2 液压伺服控制系统优点

2.1.3 液压伺服控制系统分类

2.2 液压伺服系统数学模型

2.2.1 液压缸数学模型

2.2.2 电液伺服阀数学模型

2.2.3 伺服放大器及位移传感器

2.2.4 系统稳定性分析

2.3 液压缸振动波形设计

2.3.1 正弦波形曲线

2.3.2 非正弦波形构造

2.3.3 非正弦波形参数分析

2.4 小结

3 常规PID以及自适应PID控制设计

3.1 常规PID控制器设计

3.1.1 PID控制原理

3.1.2 PID控制器的参数整定

3.1.3 位置式PID控制算法

3.1.4 增量式PID控制算法

3.2 自适应PID控制原理

3.3 模糊自适应PID控制器设计

3.3.1 模糊控制原理

3.3.2 模糊控制器参数设计

3.4 神经元自适应PID控制器设计

3.4.1 人工神经元模型

3.4.2 人工神经元学习规则

3.4.3 神经元自适应PID控制器

3.5 小结

4 结晶器液压振动系统仿真研究

4.1 MATLAB系统仿真模型建立

4.1.1 MATLAB系统仿真模型

4.1.2 编写S函数

4.2 常规PID控制算法仿真

4.3 模糊自适应PID控制算法仿真

4.4 神经元自适应PID(SNA-PID)控制算法仿真

4.4.1 有监督的Hebb学习算法神经元自适应PID控制器

4.4.2 以误差平方为性能指标的单神经元自适应PID控制器

4.4.3 性能指标改进型单神经元自适应PID控制器

4.4.4 仿真结果分析

4.5 小结

5 实验及分析

5.1 西门子S7-300

5.2 常规PID及神经元自适应PID算法控制实验

5.3 小结

6 总结

致谢

参考文献

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