冷带轧机速度控制系统建模、仿真及控制研究
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摘要
本课题结合上海宝山钢铁公司“冷连轧机轧制过程动态仿真及控制优化”项目，完成冷带轧机速度控制系统的建模、仿真实际课题，并对速度控制进行理论研究。该项研究对冷连轧机设备的改造和产品质量的分析具有较强的实际意义，该项技术国外也正在研究，国内刚刚起步，因此本研究课题具有一定的先进性。
本文根据速度控制系统电气原理图，建立了各机架速度控制系统的机理模型，并计算了其参数。然后，在利用Matlab对速度系统仿真基础上，转换到MATRIX仿真软件平台，分别对单机架速度控制系统，单机架速度、张力、压下、形变控制系统，五机架速度、张力、压下、形变整个控制系统进行了仿真。仿真研究表明所建立的各机架速度控制系统的模型和参数是正确的，仿真精度较高。这也为整个冷连轧机轧制过程动态仿真项目的顺利完成提供了保证。
在完成实际项目基础上，文中还对冷带轧机速度控制系统进行了理论研究，提出了采用状态观测器重构轧制负载扰动，并设计了负载扰动前馈补偿控制器。最后，针对常规速度控制系统中弱磁调速所引起的参数变化设计了鲁棒控制器。仿真结果表明所设计的控制器是可行的。
Based on Shanghai Bao Steel Co. practical project, which is establishing modek simulating of dynamic roll procedure and control optimizing for cold continuing roll mill, the paper finished the speed system of it and research on speed control system from theory. The research is useful and helpful to cold roll mill instrument reform and analyze the quality of the products. The foreign is researching the technology and domestic is just beginning, so it is advanced to do the research on the paper.
According to analysis of the electric theoretical of speed system, five mills' mechanism model of it is first established and parameters are computed. After succeeding in doing simulation with Matlab, the model is simulated through Matrix software. It include two parts, single mill and multi-mills. They both are separated into four parts, which are speed system, tension system, stress system and shape change system. The result of simulation the model and parameters are correct. It ensure the whole p'roject being finished successfully.
On the base of finishing the practical project, it comes out a state observer to make up the load disturb and load disturb fore-feedback compensation controller. At last, because the decreased excitation to adjust speed will change the motor control parameters, it designs a robust controller. The result of simulation shows the theory method is correct.
本文根据速度控制系统电气原理图，建立了各机架速度控制系统的机理模型，并计算了其参数。然后，在利用Matlab对速度系统仿真基础上，转换到MATRIX仿真软件平台，分别对单机架速度控制系统，单机架速度、张力、压下、形变控制系统，五机架速度、张力、压下、形变整个控制系统进行了仿真。仿真研究表明所建立的各机架速度控制系统的模型和参数是正确的，仿真精度较高。这也为整个冷连轧机轧制过程动态仿真项目的顺利完成提供了保证。
在完成实际项目基础上，文中还对冷带轧机速度控制系统进行了理论研究，提出了采用状态观测器重构轧制负载扰动，并设计了负载扰动前馈补偿控制器。最后，针对常规速度控制系统中弱磁调速所引起的参数变化设计了鲁棒控制器。仿真结果表明所设计的控制器是可行的。
Based on Shanghai Bao Steel Co. practical project, which is establishing modek simulating of dynamic roll procedure and control optimizing for cold continuing roll mill, the paper finished the speed system of it and research on speed control system from theory. The research is useful and helpful to cold roll mill instrument reform and analyze the quality of the products. The foreign is researching the technology and domestic is just beginning, so it is advanced to do the research on the paper.
According to analysis of the electric theoretical of speed system, five mills' mechanism model of it is first established and parameters are computed. After succeeding in doing simulation with Matlab, the model is simulated through Matrix software. It include two parts, single mill and multi-mills. They both are separated into four parts, which are speed system, tension system, stress system and shape change system. The result of simulation the model and parameters are correct. It ensure the whole p'roject being finished successfully.
On the base of finishing the practical project, it comes out a state observer to make up the load disturb and load disturb fore-feedback compensation controller. At last, because the decreased excitation to adjust speed will change the motor control parameters, it designs a robust controller. The result of simulation shows the theory method is correct.
引文
1 华建新，王贞祥等．全连续式冷连轧机过程控制．北京：冶金工业出版社，2000：1-50
2 唐谋凤．现代带钢冷连轧机的自动化．北京：冶金工业出版社，1995：40-80
3 李庆尧，杨弘鸣．带钢冷连轧机过程控制计算机及应用软件设计．北京：冶金工业出版社，1995：100-120
4 张浩，胡文瑾，林芝平等．宝钢2030mm冷连轧机速度控制系统的分析和仿真研究，冶金自动化，1989，13(1)：31-36
5 华建新．宝钢2030mm冷连轧机的速度最佳设定，冶金自动化，1990，14(3)：45-47
6 费业泰．误差理论与数据处理．北京：机械工业出版社，1987：20-28
7 H.A.Barker, K.R.Godfrey. System identification with multi-level periodic perturbation signals. Control Engineering Practice,1999, 7:717-726
8 Dhauadi R,Kubo K,Tobise M.Analysis and Compensation of Speed Drive System with Torsional loads. IEEE Trans. Ind. Applicat. 1994,30: 760-766
9 陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，1991：20-28
10 胡清，董怀．伺服系统机械谐振问题的研究，电气传动，2000，(3)：7-11
11 Kaneko K,Ohnishi K et al.Accurate Torque Control for a Geared DC Motor Based on an Acceleration Controller. In Proc IEEE IECON'92, 1991,2:395-400
12 于长官．现代控制理论．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997：15-40
13 徐蕾，孙金生，王执铨．自适应滤波的研究新方向，控制与决策，1999，14(1)：8-13
14 B. A. Francis, J. W. Helton, G..Zames H_∞ Optimal Feedback Controller for Linear Multivariable Systems. IEEE Trans on Automat Contr, 1984,29(3):888-900
15 翁正新，王广雄．混合灵敏度问题的鲁棒H_∞／LTR 设计方法．控制理与应用，1995，12(3)：284-289
16 朱泉封．2030mm 冷连轧机数学模型研究．宝钢技术，1993，3：50-54
17 祝东奎，张清东，陈守群等．兼顾板形的带钢冷连轧机最优化负荷分配．北京科技大学学报，2000，22(1)：80-83
18 王国栋．板形控制和板形理论．北京：冶金工业出版社，1986：30-40
19 张同生，张富德．简明有限元法及其应用．北京：地震出版社，1990，36-40
20 宋天霞．有限元法理论及其应用基础教程．武汉：华中工学院出版社，1987：84-94
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23 韩京清．非线性 PID 控制器，自动化学报，1999，4：18-24
24 郭庆鼎，孙燕娜．基于内模原理的直线永磁同步伺服电机H_∞．控制理论与应用，2000，17(4)：509-512
25 仇曙川，赵乐生，李开勇等．莱钢中型型钢轧机自动控制系统．冶金自动化，2000，24(2)：30-32
26 杨节．轧制过程数学模型．北京：冶金工业出版社，1993：85-90
27 孙一康．带钢热连轧数学模型基础．北京：冶金工业出版社，1979：70-74
28 梁国平．关于轧机的最佳负荷分配问题．钢铁，1980，15(1)：42-46
29 王雪丹，姜志成．大型电机传动系统的反振荡适应控制，煤炭科学技术，2000，26(4)：21-27
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31 韩京清．一种新型控制器-NLPID，控制与决策，1994，9(6)：401-407
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34 薛定宇．反馈控制系统设计与分析．北京：清华大学出版社，2000：50-60
35 施阳．MATLAB语言精要及动态仿真工具SIMULINK．西安：西安工业大学出版社，1997：90-100
36 楼顺天，于卫，阎华粮．MATLAB程序设计语言．西安：西安电子科技大学出版社，1997：40-45
37 MATLAB user's Guide. The Mathworks,Inc.1995:60-66
38 华建新．宝钢 2030mm 冷连轧机的活套自动控制．钢铁，1992，5：16-20
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48 蔡季冰．系统辨识．北京：北京理工大学出版社，1991：50-80
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52 胥爱国，刁君成，任勋益等．莱钢中型型钢轧机过程控制计算机系统．冶金自动化，2000，24(2)：22-26
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55 Michel de Mathelin,Rogelio Lozano.Robust adaptive identification of slowly time-varying parameters with bounded disturbances. Automatic, 1999,35:1291-1305
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67 T.Mita,Xin Xin,Anderson,D.O.Brian Extended H_∞ Control—H_∞ Control with Unstable Weigths. Automatica,2000,36(2):735-741
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72 邓燕妮，胡荣强，范林，肖祥慧．H_∞控制理论研究与展望．武汉汽车工业大学学报，1997，19(5)：43-46
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74 王广雄，李连锋．鲁棒设计MATLAB的应用．电机与控制学报，1999，3(3)：138-142
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