伺服电机驱动的连铸结晶器振动系统位移跟踪控制研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目伺服电机驱动的连铸结晶器振动系统位移跟踪控制研究作者姓名亢克松学科专业控制理论与控制工程指导教师方一鸣教授2016年5月中图分类号：TP273学校代码：10216UDC：621.3密级：公开工学硕士学位论文伺服电机驱动的连铸结晶器振动系统位移跟踪控制研究硕士研究生：亢克松导师：方一鸣教授副导师李建雄副教授申请学位：工学硕士学科专业：控制理论与控制工程所在单位：电气工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinCont

2、rolTheoryandControlEngineeringTHEDISPLACEMENTTRACKINGCONTROLFORVIBRATIONSYSTEMOFCONTINUOUSCASTINGMOLDDRIVENBYSERVOMOTORbyKangKesongSupervisor:ProfessorFangYimingYanshanUniversityMay，2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《伺服电机驱动的连铸结晶器振动系统位移跟踪控制研究》，是本人在导师指导下，在燕

3、山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日摘要摘要连铸结晶器是连铸生产中的关键设备，连铸结晶器按期望的非正弦（或正弦）波形振动对改善铸坯质量、提高拉坯速度具有重要的作用，连铸结晶器非正弦振动已被公认为发展高效连铸的关键技术之一。本文以伺服电机驱动的连铸结晶器振动系统为研究对象，针对系统中存在的非线性和不确定性扰动等问题，进行了

4、连铸结晶器振动位移跟踪控制方面的理论及仿真研究，并在熟悉实验室前期研制的连铸结晶器振动控制系统装置的基础上，进一步完善了相关的控制程序，然后进行了现场应用试验研究。论文主要工作如下：首先，介绍了连铸结晶器振动控制系统的整体结构和工作原理，给出了伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统的总体数学模型；并针对偏心轴转角到结晶器位移非线性函数关系逆解的非唯一性，提出了一种一一对应的映射函数关系，为后续章节的结晶器振动位移跟踪控制奠定了基础。其次，针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统中存在减速比测量误差、偏心轴机械零位初

5、始偏差和负载转矩扰动等问题，提出一种基于预设性能的反步控制方法，通过引入误差转换建立了系统的等效误差模型，并利用Backstepping方法选择合适的Lyapunov函数设计系统位置环预设性能控制器，从而保证系统的暂态性能和稳态性能。此外，构造非线性扩张状态观测器实时估计的偏心轴转速和综合扰动，以提高系统的抗干扰能力。仿真对比实验验证了控制器的有效性。然后，针对连铸结晶器振动位移系统的机理模型设计一种基于双幂次趋近律和扩张状态观测器(ESO)的反步滑模控制器，采用一种具有二阶滑模特性且有限时间收敛的双幂次趋近律以

6、提高收敛速度和削弱抖振，并进行了仿真对比验证，结果表明，所设计的控制器能够有效实现结晶器位移的渐近跟踪控制，保证结晶器的跟踪精度和跟踪速度，并对系统扰动具有较强的鲁棒性。最后，在熟悉和完善原实验室研制的伺服电机驱动的连铸结晶器振动控制系统的基础上，将该控制系统装置应用于宣化钢铁公司工业现场进行应用试验，并在实际的工作环境下对电机参数自整定、德马克和李宪奎非正弦振动波形给定及切换、有无位移传感器模式切换等相关功能进行测试和应用研究，利用上位机人机监控软件和实际的拉钢效果对所设计的功能进行了验证。关键词：伺服电机驱动

7、；连铸结晶器；振动系统；预设性能；扩张状态观测器；双幂次趋近律-I-燕山大学工学硕士学位论文AbstractThecontinuouscastingmoldisthekeydeviceofcontinuouscastingtechnique.Thevibrationofcontinuouscastingmouldaccordingtotheexpectationsofnonsinusoidal(orsine)wavevibrationhasanimportantroletoimprovethecastingsla

8、bqualityandincreasethecastingspeed,whichhasbeenrecognizedasoneofthekeytechnologiesforthedevelopmentofhighefficiencycontinuouscasting.Aimingattheproblemsofnonlinearanduncertaindisturbancei