平整轧制多变量系统的线性自抗扰解耦控制
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基于此,本文 在 平 整 机 板 形 板 厚 二 阶 系 统 综 合控制研究的基 础 上,采 用 线 性 扩 张 状 态 观 测 器 (LESO)估计系统总扰动,并设计了采用 PD 控制 律下的 LADRC 控 制 系 统,结 合 对 外 部 扰 动 和 模 型参数摄动条件 下 的 仿 真 实 验,验 证 了 该 控 制 策 略的有效性。
由于传统 ADRC 需要整定的参 数 较 多,高 自
强 提 [9] 出利用线 性 关 系 函 数 来 处 理 ESO 和 误 差 反馈控制器这两个环节,将 ADRC 简化为 线 性 自 抗 扰 控 制 (LADRC),并 基 于 带 宽 方 法 确 定 控 制 器 的参数。LADRC 技术使 系 统 更 易 于 调 试 和 实 际 应用,且更便于利 用 频 率 响 应 法 来 研 究 闭 环 系 统 的性能,这促进了 ADRC 理论的深入发展 及 其 在 工程中的进一步应用 。 [10]
1 平整机板形板厚系统模型
平整轧制的主要目的是祛除带钢退火后的屈 服平台,改善 带 钢 板 形 板 厚 质 量。延 伸 率 表 示 法 作为板形定量表 示 法 中 最 常 用 的 一 种,其 控 制 手 段 主 要 包 括 平 整 机 辊 缝 形 成 的 压 力 (平 整 力 )和 张 紧辊区域的带钢张力。对于来料厚度不同的带 钢 ,延 伸 率 可 以 通 过 改 变 两 者 的 受 控 关 系 来 获 得 , 即:①对于厚度超过1.0 mm 的带钢,延伸率的控 制 是 以 控 制 平 整 力 为 主 、张 力 调 节 为 辅 的 ,较 大 影 响的是带钢 厚 度;② 对 于 厚 度 在 1.0~0.35 mm 之间的带钢,延伸 率 可 以 由 平 整 力 和 张 力 联 合 控 制;③对 于 厚 度 在 0.35 mm 以 下 的 带 钢,延 伸 率
平整轧制多变量系统的线性自抗扰解耦控制
李鹏威1,2,王 京1
(1.北京科技大学工程技术研究院,北京,100083;2.北华大学电气与信息工程学院,吉林 吉林 板 形 板 厚 控 制 系 统 中 存 在 的 多 变 量 、强 耦 合 及 不 确 定 性 等 问 题 ,本 文 提 出 了 将 线 性 自 抗 扰 (LADRC)技术与平整机板形板厚控制系统相结合,利 用 线 性 扩 张 状 态 观 测 器(LESO)估 计 系 统 总 扰 动,并 将 PD 作为反馈控制率的 LADRC 控制方案。针对系统存在的外部扰动和模型参数摄动,利 用 Matlab进 行 仿 真 实 验 ,结 果 表 明 ,该 控 制 方 案 不 仅 解 耦 控 制 效 果 良 好 ,还 具 有 较 好 的 鲁 棒 性 。 关 键 词 :平 整 轧 制 ;板 形 板 厚 ;线 性 自 抗 扰 控 制 ;线 性 扩 张 状 态 观 测 器 ;解 耦 控 制 ;鲁 棒 性 中图分类号:TG335;TP273 文献标志码:A 文章编号:1674-3644(2019)05-0339-04
第 42 卷 第 5 期 2019 年 10 月
武汉科技大学学报 JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnology
Vol.42,No.5 Oct.2019
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DOI:10.3969/j.issn.1674-3644.2019.05.004
340
武汉科技大学学报
收 稿 日 期 :2019-03-12 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (61673053). 作 者 简 介 :李 鹏 威 (1978-),男 ,北 京 科 技 大 学 博 士 生 .E-mail:pengwei7828@ 通讯作者:王 京(1948-),男,北京科技大学教授,博士生导师.E-mail:wangj@
板带钢平整 轧 制 过 程 中,板 形 和 板 厚 作 为 相 互影响又紧密联 系 的 两 个 重 要 指 标,其 精 度 直 接 关系到冷轧带钢成品板质量的优劣 。 [1-3] 然 而,平 整机板形板厚多变量控制系统中两者之间存在强 耦合关系,并且系 统 也 受 到 了 随 机 扰 动 和 对 象 模 型参数时变等因 素 的 影 响,这 就 要 求 系 统 控 制 器 在设计上需同时满足解耦控制和鲁棒性两点。近 年来,随 着 自 抗 扰 控 制 技 术 (activedisturbance rejectioncontrol,ADRC)的 不 断 发 展[4-5],国 内 外 研究者针对此类多变量耦合系统已开展了大量的 研 究 工 作 ,如 文 献 [6]利 用 扩 张 状 态 观 测 器 (ESO) 对系统中耦合项 和 不 确 定 项 进 行 观 测,同 时 设 计 了全局积分滑模 自 适 应 反 步 控 制 器,以 实 现 系 统 的动态 解 耦 和 分 散 控 制;文 献 [7]将 ADRC 技 术 应用于板宽板厚双输入双输出不确定大时滞系统 的控制,解耦后各 通 道 分 别 按 常 规 的 单 变 量 时 滞 系统来设计,并通过 ESO 估计并补偿模型摄动造 成的静态解耦不 匹 配 和 通 道 间 的 动 态 耦 合,仿 真 结 果 表 明 ,该 系 统 鲁 棒 性 能 及 解 耦 效 果 良 好 ;文 献 [8]采用 ADRC 技术将活套系统中高度和张力 间 的动态耦 合 作 用 当 作 各 自 通 道 上 总 扰 动 的 一 部 分,利用 ESO 进 行 估 计 并 给 予 补 偿,从 仿 真 结 果 来看,ESO 可 以 对 扰 动、动 态 耦 合 等 不 确 定 因 素 进行补偿,ADRC 技 术 的 抗 干 扰 性 能 等 指 标 明 显 优于 PID 控制。
由于传统 ADRC 需要整定的参 数 较 多,高 自
强 提 [9] 出利用线 性 关 系 函 数 来 处 理 ESO 和 误 差 反馈控制器这两个环节,将 ADRC 简化为 线 性 自 抗 扰 控 制 (LADRC),并 基 于 带 宽 方 法 确 定 控 制 器 的参数。LADRC 技术使 系 统 更 易 于 调 试 和 实 际 应用,且更便于利 用 频 率 响 应 法 来 研 究 闭 环 系 统 的性能,这促进了 ADRC 理论的深入发展 及 其 在 工程中的进一步应用 。 [10]
1 平整机板形板厚系统模型
平整轧制的主要目的是祛除带钢退火后的屈 服平台,改善 带 钢 板 形 板 厚 质 量。延 伸 率 表 示 法 作为板形定量表 示 法 中 最 常 用 的 一 种,其 控 制 手 段 主 要 包 括 平 整 机 辊 缝 形 成 的 压 力 (平 整 力 )和 张 紧辊区域的带钢张力。对于来料厚度不同的带 钢 ,延 伸 率 可 以 通 过 改 变 两 者 的 受 控 关 系 来 获 得 , 即:①对于厚度超过1.0 mm 的带钢,延伸率的控 制 是 以 控 制 平 整 力 为 主 、张 力 调 节 为 辅 的 ,较 大 影 响的是带钢 厚 度;② 对 于 厚 度 在 1.0~0.35 mm 之间的带钢,延伸 率 可 以 由 平 整 力 和 张 力 联 合 控 制;③对 于 厚 度 在 0.35 mm 以 下 的 带 钢,延 伸 率
平整轧制多变量系统的线性自抗扰解耦控制
李鹏威1,2,王 京1
(1.北京科技大学工程技术研究院,北京,100083;2.北华大学电气与信息工程学院,吉林 吉林 板 形 板 厚 控 制 系 统 中 存 在 的 多 变 量 、强 耦 合 及 不 确 定 性 等 问 题 ,本 文 提 出 了 将 线 性 自 抗 扰 (LADRC)技术与平整机板形板厚控制系统相结合,利 用 线 性 扩 张 状 态 观 测 器(LESO)估 计 系 统 总 扰 动,并 将 PD 作为反馈控制率的 LADRC 控制方案。针对系统存在的外部扰动和模型参数摄动,利 用 Matlab进 行 仿 真 实 验 ,结 果 表 明 ,该 控 制 方 案 不 仅 解 耦 控 制 效 果 良 好 ,还 具 有 较 好 的 鲁 棒 性 。 关 键 词 :平 整 轧 制 ;板 形 板 厚 ;线 性 自 抗 扰 控 制 ;线 性 扩 张 状 态 观 测 器 ;解 耦 控 制 ;鲁 棒 性 中图分类号:TG335;TP273 文献标志码:A 文章编号:1674-3644(2019)05-0339-04
第 42 卷 第 5 期 2019 年 10 月
武汉科技大学学报 JournalofWuhanUniversityofScienceandTechnology
Vol.42,No.5 Oct.2019
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DOI:10.3969/j.issn.1674-3644.2019.05.004
340
武汉科技大学学报
收 稿 日 期 :2019-03-12 基 金 项 目 :国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 (61673053). 作 者 简 介 :李 鹏 威 (1978-),男 ,北 京 科 技 大 学 博 士 生 .E-mail:pengwei7828@ 通讯作者:王 京(1948-),男,北京科技大学教授,博士生导师.E-mail:wangj@
板带钢平整 轧 制 过 程 中,板 形 和 板 厚 作 为 相 互影响又紧密联 系 的 两 个 重 要 指 标,其 精 度 直 接 关系到冷轧带钢成品板质量的优劣 。 [1-3] 然 而,平 整机板形板厚多变量控制系统中两者之间存在强 耦合关系,并且系 统 也 受 到 了 随 机 扰 动 和 对 象 模 型参数时变等因 素 的 影 响,这 就 要 求 系 统 控 制 器 在设计上需同时满足解耦控制和鲁棒性两点。近 年来,随 着 自 抗 扰 控 制 技 术 (activedisturbance rejectioncontrol,ADRC)的 不 断 发 展[4-5],国 内 外 研究者针对此类多变量耦合系统已开展了大量的 研 究 工 作 ,如 文 献 [6]利 用 扩 张 状 态 观 测 器 (ESO) 对系统中耦合项 和 不 确 定 项 进 行 观 测,同 时 设 计 了全局积分滑模 自 适 应 反 步 控 制 器,以 实 现 系 统 的动态 解 耦 和 分 散 控 制;文 献 [7]将 ADRC 技 术 应用于板宽板厚双输入双输出不确定大时滞系统 的控制,解耦后各 通 道 分 别 按 常 规 的 单 变 量 时 滞 系统来设计,并通过 ESO 估计并补偿模型摄动造 成的静态解耦不 匹 配 和 通 道 间 的 动 态 耦 合,仿 真 结 果 表 明 ,该 系 统 鲁 棒 性 能 及 解 耦 效 果 良 好 ;文 献 [8]采用 ADRC 技术将活套系统中高度和张力 间 的动态耦 合 作 用 当 作 各 自 通 道 上 总 扰 动 的 一 部 分,利用 ESO 进 行 估 计 并 给 予 补 偿,从 仿 真 结 果 来看,ESO 可 以 对 扰 动、动 态 耦 合 等 不 确 定 因 素 进行补偿,ADRC 技 术 的 抗 干 扰 性 能 等 指 标 明 显 优于 PID 控制。