一種基于滯后補償?shù)睦滠埌逍伍]環(huán)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及冶金乳制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于滯后補償?shù)睦淙榘逍伍]環(huán)控制 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，在乳制過程中，許多控制對象存在著嚴重的滯后時間。這種純滯后往往是由 于物料或能量的傳輸過程引起的，或者是由于測量傳感器的客觀布置引起的。在板形控制 中，由于板形儀和乳機輥縫之間有一定的距離，導(dǎo)致板形儀反饋的板形測量信號并不是當 前輥縫中帶材的實際板形，而是滯后一定的時間，因此板形控制也是一種典型的滯后控制 過程。一方面，由于測量滯后的影響，使得被調(diào)量不能及時觸發(fā)控制信號，控制信號的作用 只有在延遲一定時間后才能反映到被調(diào)量，導(dǎo)致控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低;另一方面，當對象 受到干擾而引起被調(diào)量改變時，控制作用不能立即對干擾產(chǎn)生抑制作用。這樣，含有純滯后 環(huán)節(jié)的板形閉環(huán)控制系統(tǒng)必然存在較大的超調(diào)量和較長的調(diào)節(jié)時間。
[0003] 由于純滯后過程是一類復(fù)雜的控制過程，對滯后工業(yè)過程控制方法和機理的研究 一直受到專家學者的普遍重視。在冷乳板形控制過程的滯后補償控制研究方面，許多學者 分別基于人工智能方法提出了許多新穎的控制策略，但是這些新型的自適應(yīng)及智能控制算 法大多具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和繁瑣的計算過程，導(dǎo)致其執(zhí)行效率并不高，難于應(yīng)用到對實時性 要求較高的工程實際中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種根據(jù)乳制速度變化自動切換控制模式、提高閉環(huán)控制系 統(tǒng)穩(wěn)定性和穩(wěn)態(tài)精度的基于滯后補償?shù)睦淙榘逍伍]環(huán)控制方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，采用了以下技術(shù)方案:本發(fā)明所述控制方法的具體步驟如下：
[0006] 步驟1，制定基于多變量優(yōu)化模型的板形閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；
[0007] 步驟2，設(shè)計板形閉環(huán)控制系統(tǒng)的多變量優(yōu)化模型；
[0008] 步驟3，制定各個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的PID控制模型；
[0009] 步驟4,制定各個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的PID+Smith預(yù)估器控制模型；
[0010] 步驟5,確定每個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)控制回路的過程模型，整定相應(yīng)PID參數(shù)；
[0011] 步驟6,制定板形閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制模式。
[0012] 進一步的，所述步驟1的具體方法如下：
[0013] 所述板形閉環(huán)控制系統(tǒng)包括四個控制回路，每個控制回路對應(yīng)一種板形調(diào)節(jié)機構(gòu) 的控制過程，并由相應(yīng)的Hydrau 1 i c Gap Contrο 1系統(tǒng)即HGC系統(tǒng)完成位置/壓力控制;在每 個控制周期內(nèi)，板形閉環(huán)控制系統(tǒng)計算當前的板形偏差，利用多變量優(yōu)化模型求解每個板 形調(diào)節(jié)機構(gòu)的最優(yōu)調(diào)節(jié)量，并將其發(fā)送給每個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的HGC系統(tǒng)，HGC系統(tǒng)接收到這 些調(diào)節(jié)量信息后，對板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的設(shè)定值進行更新以形成新的輥縫形貌，進而實現(xiàn)對板 形偏差的控制。
[0014] 進一步的，所述步驟2的具體方法如下：
[0015] 采用殘余板形偏差的平方加權(quán)和法設(shè)計板形控制多變量優(yōu)化模型的目標函數(shù)，用 于求解板形調(diào)節(jié)機構(gòu)最優(yōu)調(diào)節(jié)量的多變量優(yōu)化模型為
[0017] 式中，f( Au)為優(yōu)化模型的目標函數(shù)；Au為待求的板形調(diào)節(jié)機構(gòu)最優(yōu)調(diào)節(jié)量向 量，且△ ueRn;n^Pn分別代表板形測量段數(shù)目和板形調(diào)節(jié)機構(gòu)數(shù)目；i和j分別代表測量段 序號和板形調(diào)節(jié)機構(gòu)序號 ;gl是第i處測量段的板形偏差權(quán)重因子；A yi是第i個測量段的板 形偏差；為第j個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的待求調(diào)節(jié)量;Effu為第j個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)對第i個測量 段的板形調(diào)控功效系數(shù);BUdPBLj分別為第j個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的機械設(shè)計上、下極限;為第 j個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的當前周期實際值。
[0018] 進一步的，所述步驟3中，在每個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)控制回路中，在多變量優(yōu)化模型環(huán) 節(jié)和控制對象模型之間均串聯(lián)一個PID控制器，PID控制器用于接收步驟2中優(yōu)化模型計算 的各個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的調(diào)節(jié)量。
[0019] 進一步的，所述步驟4中，在完成各個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的PID控制模型后，分別給每個 PID控制器并接一個Smith預(yù)估器，將控制通道傳遞函數(shù)中的純滯后部分與其他部分分離。
[0020] 進一步的，所述步驟5中，分別確定工作輥彎輥、中間輥彎輥、乳輥傾斜和中間輥橫 移板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的對象模型，確定每個PID控制回路的臨界振蕩周期和臨界增益，采用 Ziegler-Nichols參數(shù)整定法對各個控制回路的PID控制器參數(shù)進行整定。
[0021] 進一步的，所述步驟6中，設(shè)定乳制速度闕值，使板形閉環(huán)控制系統(tǒng)模式隨乳制速 度變化而自動切換，即讓板形閉環(huán)控制系統(tǒng)隨滯后時間的變化而自動切換控制模式;低速 乳制時，系統(tǒng)滯后較大，采用Smith預(yù)估+PID控制方式;高速乳制時，系統(tǒng)滯后較小，則采用 常規(guī)PID控制方式。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：
[0023] 1、基于目前工業(yè)生產(chǎn)中常用的Smith預(yù)估和PID控制方法對板形閉環(huán)控制系統(tǒng)進 行建模和仿真，板形閉環(huán)控制系統(tǒng)會根據(jù)滯后時間的變化選擇不同的控制方式，只需根據(jù) 乳制速度變化對板形閉環(huán)控制模式進行切換即可消除板形控制過程中測量滯后對板形閉 環(huán)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，以保證系統(tǒng)具有穩(wěn)定和快速的響應(yīng)。
[0024] 2、相比于自適應(yīng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能算法具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、計算復(fù)雜度較低、 工程應(yīng)用開發(fā)容易以及控制實時性較高的優(yōu)點。無論是處于平穩(wěn)乳制過程還是處于乳機加 減速階段，采用該方法均可確保板形閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性不受測量滯后的影響，并具有 較高的穩(wěn)態(tài)控制精度，具有進一步推廣應(yīng)用的價值。
【附圖說明】
[0025] 圖1本發(fā)明方法的板形閉環(huán)控制系統(tǒng)圖。
[0026] 圖2本發(fā)明方法的工作輥彎輥PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖3本發(fā)明方法的工作輥彎輥PID+Smith預(yù)估器控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖4本發(fā)明方法的板形閉環(huán)控制方式的切換方式圖。
[0029] 圖5本發(fā)明方法的流程圖。
[0030] 圖6本發(fā)明方法的大滯后時板形閉環(huán)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖。
[0031] 圖7本發(fā)明方法的小滯后時板形閉環(huán)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線圖。
[0032] 圖8本發(fā)明方法的小滯后時板形閉環(huán)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的標準差圖。
[0033] 圖9本發(fā)明方法的冷乳鋼板形偏差的標準差曲線圖。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明方法做進一步說明：
[0035] 實施例1:
[0036]本實施例公開的是某1450mm五機架冷連乳機末機架基于滯后補償?shù)陌逍伍]環(huán)控 制方法處理過程。板形調(diào)節(jié)機構(gòu)有乳輥傾斜、工作輥正/負彎輥、中間輥正彎輥和中間輥橫 移，主要控制參數(shù)及乳制參數(shù)如表1所示。
[0037] 表1乳制過程主要參數(shù)

[0040] 如圖5所示，本發(fā)明所述控制方法的具體步驟如下：
[0041] 步驟1，制定基于多變量優(yōu)化模型的板形閉環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);所述板形閉環(huán)控制 系統(tǒng)包括四個控制回路，每個控制回路對應(yīng)一種板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的控制過程，并由相應(yīng)的 Hydraulic Gap Control系統(tǒng)即HGC系統(tǒng)完成位置/壓力控制;在每個控制周期內(nèi)，板形閉環(huán) 控制系統(tǒng)計算當前的板形偏差，利用多變量優(yōu)化模型求解每個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的最優(yōu)調(diào)節(jié) 量，并將其發(fā)送給每個板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的HGC系統(tǒng)，HGC系統(tǒng)接收到這些調(diào)節(jié)量信息后，對板形 調(diào)節(jié)機構(gòu)的設(shè)定值進行更新以形成新的輥縫形貌，進而實現(xiàn)對板形偏差的控制，制定的 1450mm五機架冷連乳機的板形閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中，△ Y表示目標板形和測 量板形之間的偏差向量;Eff表示板形調(diào)節(jié)機構(gòu)的板形調(diào)控功效系數(shù)矩陣；AU={ Autr, A Uwrb, Auirb, Auirs}表示由多變量優(yōu)化模型計算的