对轧机液压apc系统自抗扰控制器设计

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1、学兔兔www.xuetutu.com第6期(总第157期)机械工程与自动化No．62009年12月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONDec．文章编号：1672—6413(2009)06—0120—03轧机液压APC系统自抗扰控制器设计郭香云，张瑞成，陈至坤，镇维(河北理工大学计算机与自动控制学院，河北唐山063009)摘要：考虑到液压自动位置控制(APC)系统存在不确定外部干扰的特点，首先建立了液压APC系统的模型，然后根据对象的输入输出信息，利用扩张状态观测器(ESO)对扰动项进行了观测和补偿，并基于自抗扰控制技术设

2、计了一个不依赖于对象模型的控制器。仿真结果表明：该控制器不仅有效地抑制了不确定外部干扰对系统的影响，同时对受控对象模型参数的变化也具有较强的鲁棒性。关键词：液压APC；扩张状态观测器(ESO)；自抗扰控制器；仿真中图分类号：TP271．31：TG333．1文献标识码：A0引言r、KdKAbf(KcK)随着现代化生产的发展和科学技术的进步，使得一茸。Ⅲ∞[1JsvuJ∞{O0r现代化轧机上的APC(自动位置控制)系统也由电动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)APC发展到液压APC。液压APC具有响应速度快、控其中：K为伺服放大系数；K为伺服

3、阀的流量增益，制系统分辨率高等优点，成为冷连轧现代化的一个重rll。／(A·S)；A为液压缸活塞的有效面积，rrl。；K为要标志。APC和AGC(带钢厚度控制)是相互联系、相总的流量压力系数，1TI。／(Pa·S)；K为负载运动时的辅相成的。AGC发出控制信号后，最终还是靠APC来弹性刚度，N／m；为伺服阀的等效固有频率，rad／达到调节辊缝的目的，因此，AGC系统能否顺利投用，S；为伺服阀的等效阻尼比；raJr为一阶环节转折频率，关键在APC系统能否正常稳定地工作。所以对APCrad／s；。为综合固有频率，rad／s；为综合阻尼比。进行研究具有重

4、要的理论和实际意义。板带材的轧制过程是一个复杂的非线性过程，在轧制过程中，存在的未知外干扰会对位置内环的控制指标产生影响，而且实际系统模型并不能精确得到。针对以上问题，用扩张状态观测器(ESO)来观测外界扰图1液压APC系统结构框图动及模型参数的不确定项。仿真研究表明，基于自抗该系统的数学模型为一个五阶模型，阶数过高，使扰控制技术的控制方案不仅调节时间短、控制精度高，得系统分析起来比较困难，需要降低系统的阶数。在而且还增加了APC系统的抗干扰性和对系统参数变实际系统当中，由于cU。远远小于，而又远远小化的鲁棒性。自抗扰控制是韩京清研究员及其合作者于

5、，，可以将系统简化为三阶的形式，简化后的数学模型为：经过十几年的研究提出的一种非线性控制律，该方法使控制系统在稳定性和鲁棒性方面都有显著提高，并G㈤一～。⋯⋯⋯(2)且得到了广泛的应用J。(+竺5+1)(+1)1液压APC系统的数学模型2APC系统的自抗扰控制器设计图1为液压APC系统结构框图。分析图1中各环由于多种因素的影响，液压缸位置系统的参数容节可得到系统开环传递函数【6]：易发生变化。例如：在实际轧制过程中，由于金相组*唐山市科学技术研究与发展计划资助项目(07160202B8)收稿日期：2009—08—14作者简介：郭香云(1951)，女

6、，河北唐山人，教授，本科，主要研究方向：电工电子技术、自动控制理论及其在轧钢自动化中的应用。学兔兔www.xuetutu.com2009年第6期郭香云，等：轧机液压APC系统自抗扰控制器设计·121·织及温度不均匀等原因导致轧件负载刚度K经常发图2中TD是一个三阶的跟踪微分器．负责安排生变化，直接引起液压缸固有频率∞o以及转折频率60给定的位置信号的过渡过程。对它给定一个输入信号值的变化。另外板带的轧制过程是一个复杂的非线性。，将输出3个信号t，、。和。，其中V跟踪，2一V’过程，采用常规PID控制往往不能获得满意的控制效，V。一：。跟踪微分器的表

7、达式为：果。本文根据液压伺服系统高速、高精度的特点，提f1=2I．1出一种自抗扰控制算法。23。带自抗扰控制器的APC系统结构见图2。一}。=一·sat(V1--V0--誊+J4[+√]，)⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(8)其中：5一sign(z+)；以一5‘z+雾；r为跟踪参数；—r·h，h为控制参数；线性饱和函数sat的表达式的具体形式及参数取值见文献[7]。(2)扩张状态观测器：图2液压APC自抗扰控制系统结构图图2中ESO是一个四阶扩张状态观测器，是自抗由式(2)并考虑扰动输入U，则被控对象数学模扰控制器的核心环节，它的功能是跟踪

8、对象输出，并型可以变为：观测对象的各阶状态变量和对象总扰动的实时作用量口(f)。它的数学表达式为：一一(260+)一(．+