基于自抗扰技术的板形板厚解耦控制研究

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1、基于自抗扰技术的板形板厚解耦控制研究第1章绪论1.1板形板厚控制技术的研究与概述炼钢厂出来的钢坯是半成品，要成为实际应用的产品，就必须对钢坯再进行轧制。钢厂炼出的钢坯主要经过以下轧制环节：（1）钢坯被送入加热。钢锭要经过加热和初轧变成初轧坯，这时才能把轧件送上热轧线上进行轧制，这个环节的主要目的是将钢坯进行加热，使其能够在轧制的时候变得很容易。（2）压制成件。轧制的过程主要是靠轧辊对被加热过的钢坯进行压下控制，这种压下是由液压压动轧辊完成的。有时为了得到某些特定的钢铁，可以把轧辊制成不同形状，如轧制工字钢就必须对轧辊上下都设

2、计好，使得得出的钢铁成为工字。轧钢是一种由机械装置完成的，轧辊和传送带之间不间断的作业。连铸坯经传送辊道进入精轧机。热连轧轧制出的成品钢分为钢卷和锭式板，热轧后钢的厚度在几个毫米范围内，要是需求更薄钢板的话，就必须用冷轧来实现。在进行冷轧加工时，先要把热轧板酸洗除去氧化膜；才能送到冷轧机组进行轧制。轧辊磨损变形和膨胀、轧辊偏心和支撑辊轴承油膜厚度等的变化都会影响厚度的控制。当轧件进入轧机，支撑辊和工作辊被加热，当轧机空载时，支撑辊和工作辊被冷却。温度升高时辊径膨胀，实际辊缝变小。轧制开始后轧辊热膨胀在较长的时间内可以达到1m

3、m，可将此看作为一种系统缓慢的干扰。轧辊表面因磨损而导致辊径减小，也是一个变化缓慢的过程。......1.2多变量系统的解耦方法综述多变量的解耦控制可以分为三大类：传统解耦方法的基本思想是：设计一个矩阵，应用这个矩阵，将被控对象的输入输出变量间的传递函数矩阵成为对角阵，更易对系统进行控制。它包括求逆矩阵、相对放大系数匹配、对角优势（这种方法又包括逆奈奎斯特阵列、特征轨迹、序列回差、奇异值分解）等方法。由于这些解耦设计方法对精确的数学模型要求较高，而且控制的过程时变、非线性。所以，不具有适应性，线性定常的解耦系统在控制过程工作

4、点变化时，不仅不能保证其控制品质，而且还会导致系统不稳定。其中对角矩阵法的解耦控制传递函数框图如下：对角阵解耦法作为比较常见的解耦方法，它要求被控对象特性矩阵与解耦环节矩阵的乘积等于对角阵对角阵解耦的设计原理如图（1）比例环节：比例系数项是预设定值、反馈值之间差值的放大倍数，比例环节反映控制系统的偏差信号，偏差存在时，这个环节就会产生控制作用来使偏差相应的变小，比例kp值增大时，非稳态时间到稳态时间会缩短，而且也会导致输出值产生振荡，这种振荡发生在预设值的附近。为了消除振荡，引入积分项来解决这个问题。（2）积分环节：积分作用

5、的强弱是由Ti的大小决定，Ti小的时候，积分作用就很强；Ti大的时侯，积分作用就会很弱。环节主要是对预定值、反馈值间的差值在进行累加，振荡现象在这个差值累加到一定值时，可以避免。由此可知，积分项滞后。（3）微分环节：这个环节的主要特点是根据差值变化的速率，提前做出相应的调节动作。微分项能使系统产生超前作用。这种作用在kp越大时，超前就变的越明显。......第2章自抗扰控制理论基础自抗扰控制技术吸收现代控制理论成果，是一种新型实用技术。这种技术深入地认识经典调节理论与现代控制理论各自的优缺点，大量运用计算机仿真实验来探索和改

6、进而发展出来的。它是由中国科学院数学所研究员韩京清提出的。由于其对对象数学模型精度要求不高，故能够很方便地用于解耦控制中。与传统的PID解耦控制相比，优点相当明显。2.1经典PID控制的优缺点经典PID控制的基本原理是用误差来消除误差，将输入量与输出量的差值、误差的积分、误差的微分，进行线性组合。继而产生控制信号，选择合适的比例、积分和微分系数使PID控制器的闭环稳定，那么就可以使一类对象达到静态指标。由于PID技术成形并投入工程应用的时期，受到当时的科技水平的限制，处理误差信号的办法太单调、粗糙，使得基于误差来消除误差的效

7、率未能得到充分的发挥。经典PID容易引起快速性和超调性的矛盾，归根结底，产生这种现象的原因主要是因为它采用比例、微分、积分三者的线性组合来实现；误差积分反馈的引入，能有效抑制常值扰动。但无扰动作用时，误差积分反馈使闭环的动态特性变差，对随时变化的扰动来说，积分反馈的抑制能力又不显著，所以采用误差积分反馈是有必要商榷的。由于上述五个方面的局限性，传统PID控制不能满足现代工业生产高性能、高精度的要求，因此需要寻求改善经典PID控制技术缺陷的方法，以设计出高品质的新型控制器。.......2.2自抗扰控制器（ADRC）自抗扰控制

8、技术所需的被控对象信息如下：首先是对象的阶次，其次要知道输入输出通道个数和联结方式，再者是信号的延迟时间，尤其是代表系统变化快慢的时间量度等这些很容易得到，且物理概念清晰量。针对传统PID控制器的缺点，自抗扰控制器可以采用如下几个方面的措施来加以改进：（1）先安排合适的过渡过程，这可以用跟