發(fā)布時(shí)間：2020-03-27 20:48

【摘要】：平整機(jī)是生產(chǎn)高品質(zhì)冷軋帶鋼的關(guān)鍵設(shè)備,在冶金生產(chǎn)過程中占有重要作用。平整軋制是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)薄板的關(guān)鍵工序。其目的是祛除帶鋼退火后的屈服平臺,改善帶鋼的板形質(zhì)量、帶鋼表面的光潔度和粗糙度。冷軋平整軋制工藝過程是典型的多變量耦合、復(fù)雜的非線性控制系統(tǒng),同時(shí)存在不確定性以及隨機(jī)干擾等問題。經(jīng)典控制理論的應(yīng)用難以達(dá)到全局最優(yōu)化的高精度控制目的。本文的主要目的在于綜合分析冷軋平整過程中對帶鋼延伸率和板形控制精度產(chǎn)生重要影響的因素,針對平整機(jī)板形板厚、延伸率綜合控制系統(tǒng)中存在的耦合及擾動問題,應(yīng)用先進(jìn)控制理論來解決上述平整軋制過程存在的相關(guān)問題,以期提升我國的冷軋平整機(jī)自動化控制技術(shù)水平。本文的主要工作及創(chuàng)新點(diǎn)如下:1)提出了一種基于預(yù)期配置的輸出反饋解耦同時(shí)魯棒補(bǔ)償控制的方法,進(jìn)行魯棒補(bǔ)償器設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)解耦控制,從理論上證明了該控制器能同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出反饋解耦并具有較好的魯棒性,并將此理論方法應(yīng)用于平整機(jī)板形板厚多變量耦合系統(tǒng),解決了多變量系統(tǒng)中的強(qiáng)耦合和模型不確定性等問題。首先預(yù)期配置閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)為非奇異對角矩陣,根據(jù)傳遞函數(shù)分式矩陣互質(zhì)分解理論,再給定加權(quán)函數(shù)和魯棒性能指標(biāo),而后設(shè)計(jì)并解析計(jì)算出自由矩陣和補(bǔ)償控制器。通過仿真表明,系統(tǒng)具有魯棒性的同時(shí)達(dá)到了解耦控制的效果。2)提出了一種二階系統(tǒng)線性擴(kuò)張觀測器在期望極點(diǎn)互異條件下的參數(shù)整定規(guī)則,并利用頻域方法研究了使用微分跟蹤器的線性擴(kuò)張狀態(tài)觀測器(LESO)的估計(jì)能力、LESO參數(shù)的觀測誤差和收斂性,并從理論上證明了在PD控制律下系統(tǒng)的穩(wěn)定性。其目的是用LESO設(shè)計(jì)了擴(kuò)展的狀態(tài)量來跟蹤平整機(jī)板形板厚模型未知部分、耦合項(xiàng)和外部未知擾動的影響。采用該控制器與PID控制器進(jìn)行系統(tǒng)仿真對比,結(jié)果表明該控制器對系統(tǒng)所受外部擾動和模型參數(shù)變化具有較強(qiáng)的抑制力,同時(shí)也有效弱化了系統(tǒng)的耦合現(xiàn)象。3)提出了一種基于互聯(lián)與阻尼配置(IDA)的三相電流源型逆變器(CSI)驅(qū)動交流電機(jī)的無源控制策略(PBC),提高了因大功率CSI開關(guān)頻率受限的交流電機(jī)在平整機(jī)張力卷取中的動態(tài)響應(yīng)精度。首先對集總參數(shù)下帶獨(dú)立存儲單元的三相CSI驅(qū)動交流電機(jī)的電路進(jìn)行建模,提出了三相CSI在Park坐標(biāo)系下的端口受控哈密頓(PCH)模型。通過求解閉環(huán)系統(tǒng)下互聯(lián)與阻尼矩陣的參數(shù)化偏微分方程,得出了系統(tǒng)的控制率,并分析了系統(tǒng)Lyapunov穩(wěn)定性。通過對所提出的控制策略進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),結(jié)果表明三相電流源型逆變器能夠輸出較好的電壓波形,對負(fù)載擾動具有較強(qiáng)的抗干擾能力,從而提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和控制性能。4)針對冷軋平整機(jī)生產(chǎn)線上的交流卷取機(jī)張力控制,提出了一種分段模型及參數(shù)自適應(yīng)控制方法,解決了因卷取機(jī)的卷徑變化致使張力系統(tǒng)模型中的機(jī)電時(shí)間大范圍常數(shù)時(shí)變,造成線性調(diào)節(jié)器難以達(dá)到全局最優(yōu)化控制的問題。首先分析了張力系統(tǒng)對象模型,設(shè)計(jì)了三段線性模型,依據(jù)卷徑大小信息進(jìn)行切換選擇,調(diào)節(jié)器參數(shù)自適應(yīng)的算法,仿真研究和現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果均表明了該方法的有效性。
【圖文】：

Ｉ逡逑２．１．１輥系方程逡逑圖２－１是簡化后的四輥軋機(jī)輥系力學(xué)原理圖［１４１］。逡逑邐Ｌ邐逡逑Ｉ邐Ｉ逡逑Ｆ：邋￣￣＾ ｜邋邐－邐邋￣￣＾邋Ｆ：逡逑９（ｙ）逡逑ｊ邐＾ｒＴＴＴｉ邋１１邋ＦＩ邋ｆＴＴＴＴ＂邐＼逡逑ｆ？邐￣土邐Ｆｈ逡逑邐邐邐邐邐逡逑ｐｉ（ｙ）逡逑￣邐￣￣ｉｔ￣￣ｉ＾￣逡逑Ｋ邋ｙ／／／／／／／／／／／／，邋Ｋ逡逑Ｂ逡逑Ｌｆｗ逡逑Ｌｆｂ逡逑ｈ邐：邐￥逡逑圖２－１四輥輥系力學(xué)原理圖逡逑圖中乃Ｃｙ）邋—單位寬度乳制壓力橫向分布；逡逑一工作輥與支撐輥輥間接觸壓力橫向分布；逡逑－２４－逡逑

ｗ、Ｇ—工作輥彎輥力和支撐輥彎輥力；逡逑ｚ＾、一工作輥彎輥缸間距和支撐輥缸間距；逡逑根據(jù)乳輥彈性變形理論［１４２］，用圖２－２表示將輥系長度分割模型，ｍ表示逡逑軋輥長度劃分的段數(shù)，Ａｙ表示每一小段的寬度值，《表示被軋制力作用帶鋼逡逑的劃分段數(shù)。當(dāng)軋輥發(fā)生彈性變形時(shí)由輥縫形狀的計(jì)算，可知帶鋼出口橫截逡逑面情況。逡逑邐邐邋１邐逡逑｜邋Ｉ邋｜邋｜邋｜邋｜邋１１邋丨邋￣ｆＴＴ逡逑邐邐Ｉ邐！邐邐逡逑邐邐ｒｉ邐！邐逡逑＿Ｊ邋ｉ邐邐！邐ｉ邋＿逡逑邐￣邋！邐ｉ邐｜邐邐逡逑邐邋邐邋Ｕ邐ｒｉ邐逡逑邐Ｉ１１邋１邋」＿邋１邐１邋Ｉ邋ｗ，邐逡逑ｈｉ邋１邋１邋ｉ邋１１１邐＾＂Ｆ１邋￣逡逑圖２－２軋輥?zhàn)冃卫碚撓碌妮佅捣指顖D逡逑坐標(biāo)初始點(diǎn)以軋輥中心線為軸，用凡表示支撐軋輥某一個(gè)單元的撓度：逡逑ｍ逡逑ｆｂｉ邋＝邐＝邋Ｆｈａ？ｕ邐0？邋＝邋１，２，…，ｗ）邐（２－１）逡逑＞＝１逡逑式中ｆｌｂｙ—輥間壓力引起的支撐輥彎曲影響函數(shù)；逡逑１逡逑ａＦｂｉ—支撐輥彎輥力引起的支撐輥彎曲影響系數(shù)。逡逑用表示工作輥某一單元軸線的位移：逡逑ｍ逡逑Ｌｉ邋＝邋／Ｊ邋＋邋Ｓ邋Ａｙ７邋（ｐｒｊ邋－ｑｊ）邋＋邋ａＦｗｉＫ邐“邋＝邋１，２，…，ｗ）邐（２－２）逡逑７＝１逡逑式中心一軋制力及輥間壓力弓丨起的工作輥彎曲影響函數(shù)；逡逑ａＦｗｉ—工作輥的彎曲影響系數(shù)；逡逑用／／表示工作輥軸線的剛性位移：逡逑ＪＫ邋＝邋ｙ，邋－0－５Ａｙ邋－ｃｃｗ邋ｃ邋＋邐＋０．５Ｚ，，ｙ邋－ｃｃｗ邋ｃ邐（２＿３）逡逑Ａｙ逡逑式中ｃ
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG333;TP273

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本文編號：2603371