基于负载前馈及模糊控制的步进梁速度控制

摘要

步进式加热炉是钢坯轧制中的关键设备，与推钢式加热炉相比，具有很多优势，得到了国内外众多轧钢厂的广泛使用。它是通过液压驱动系统推动步进机构实现钢坯在炉内加热的同时一步一步地向前运动。液压驱动系统采用非对称电液比例方向阀控非对称液压缸结构。步进梁由固定梁与移动梁组成，是步进式钢坯加热炉的核心部件。移动梁的运动速度不但要保证每根钢的生产周期和每步的位移精度，而且必须轻托轻放钢坯，以免因频繁创击而损坏移动梁与固定梁。
　　移动梁自重加上一百多根钢坯的总重量达到数百吨，因此，步进梁运钢系统惯性巨大。在上升、下降过程中，当移动梁起步或运动到与固定梁等高时，负载会产生阶跃式突变，造成速度和位移的大幅度跌落，并伴随着强烈抖动。
　　目前，在实际生产过程中，很难准确地控制步进梁的速度与位移，往往由于移动梁步进时的误差积累导致最后一步不能将钢坯准确地送到出炉悬臂辊上而中断生产。
　　本文在分析研究步进梁运钢系统工作原理及数学模型的基础上，针对工程上负载无法测量问题，设计状态观测器构造负载扰动，实现负载扰动前馈控制;针对步进梁运钢系统具有非线性、大惯性、模型不确定性等特点，设计了运钢速度模糊自整定PID控制。仿真实验证明了基于负载扰动前馈的运钢速度模糊自整定PID控制的有效性。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 加热炉的概述

1．3 本文研究的主要内容

第二章 步进式加热炉运钢速度控制系统的分析

2．1 步进机构的组成、运动过程受力分析

2．2 步进式加热炉运钢系统的液压驱动组成

2．3 步进梁运钢过程分析及系统控制要求

2．3．1 步进梁运钢过程分析

2．3．2 系统控制要求

第三章 步进式加热炉运钢速度控制系统的数学模型

3．1 非对称电液比例方向阀的负载流量方程

3．2 非对称液压缸两腔流量方程及与负载力平衡方程

3．2．1 非对称液压缸的两腔流量方程

3．2．2 非对称液压缸两腔流量方程改进

3．2．3 非对称液压缸和负载的力平衡方程

3．3 非对称电液比例方向阀负载流量方程线性化

3．4 电液比例方向阀的负载流量系数

3．4．1 升降电液比例方向阀负载流量系数

3．4．2 平移电液比例方向阀负载流量系数计算

3．5 非对称电液比例方向阀传递函数

3．6 活塞位移与阀芯位移、外负载力与油源压力之间的线性传递函数

第四章 步进式加热炉运钢速度控制策略及控制器设计

4．1 步进梁系统控制现状与存在的问题

4．2 前馈控制

4．3 利用降维状态观测器重构负载扰动

4．3．1 降维观测器理论

4．3．2 重构负载扰动

4．4 模糊自整定PID控制

4．4．1 PID控制

4．4．2 模糊控制原理

4．4．3 模糊自整定PID控制

第五章 步进式加热炉运钢速度控制系统的仿真

5．1 系统相关参数及计算

5．2 PID控制仿真

5．3 基于负载扰动重构的前馈补偿及PID控制系统仿真

5．4 基于负载扰动重构的前馈补偿及模糊自整定PID控制仿真

第六章 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 本文展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况