冷连轧机架间张力控制系统研究

分类号密级UDC学位论文冷连轧机架间张力控制系统研究作者姓名：孙云鹏指导教师：张金泉副教授东北大学信息科学与工程学院申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：2008年6月5日论文答辩日期：2008年6月30日学位授予日期：答辩委员会主席：汪晋宽评阅人：顾德英贾清泉东北大学2008年6月AThesisinControlTheoryandControlEngineeringTheResearchofTensionbetweentheColdRollingRacksControlSystembySunYunpengSupervisor:AssociateProfessorZhangJinquanNortheasternUniversityJune2008－I－独创性声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：半年□一年□一年半□两年□学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：东北大学硕士学位论文摘要－II－冷连轧机架间张力控制系统研究摘要由于现代控制技术的发展，冷连轧机组是连续运转的，机架间的张力控制性能的好坏直接影响着生产线的连续运行，也是关系到冷轧板的生产率和质量的一个昀重要的控制指标。但由于冷连轧机架间张力和速度存在着强耦合，并且在生产线运行时，机架间张力又受到诸多因素的扰动，这些问题的存在，严重影响了生产过程中张力的控制效果。本文以东北大学罗克韦尔实验室的轧钢模型为研究对象，结合本钢冷连轧生产线的技术消化资料，详细分析了生产线的张力控制系统。并且采用罗克韦尔的ControlLogix控制器和伺服驱动器等产品对轧钢模型实验平台进行了控制系统的设计。运用带钢的物理形变和胡克定律理论，结合机电方程推导出了冷连轧张力系统的数学模型。针对冷连轧张力控制中的张力与速度耦合问题，本文采用了逆系统方法对张力系统进行控制。由Interactor算法判断冷连轧机架间张力系统的数学表达式的可逆性，同时在这个过程中解析出了原张力系统的逆系统。通过得到的逆系统向量的相对阶α，即可将张力与速度分别进行控制，达到了解耦控制的目的。将求得的逆系统与原系统串连构成了伪线性系统，并设计线性控制器对伪线性系统进行控制。仿真结果表明逆系统方法可以较好地实现速度和张力的解耦控制。针对冷连轧张力控制中机架间张力受到诸多因素的扰动和传感器噪声问题，本文采用了自适应逆控制方法对张力系统进行控制。通过LMS自适应算法对张力对象的模型和逆模型进行辨识，即使存在扰动的情况下，也可以得到精确的辨识模型。将对象模型和辨识的控制器即逆模型按照逆系统的思想组成伪线性系统并加入消除扰动环节。通过引入PI修正，提出了带PI修正的冷连轧机架间张力自适应逆控制结构，较好的解决了原方案静差过大的问题。进而，以逆系统方法思想为指导，并利用系统误差的PI反馈，设计了一种简单而易于理解的带PI反馈的基于逆模型的冷连轧张力自适应控制方案。关键词：冷连轧；机架间张力；逆系统；Interactor算法；自适应逆；LMS算法东北大学硕士学位论文Abstract－III－TheResearchofTensionbetweentheColdRollingRacksControlSystemAbstractSincethedevelopmentofmoderncontroltechnology,theColdrollingmillunitisthecontinuousoperation.Itisnecessaryforthestripintheconstanttensionbetweentherackstomaketheproductionworkcontinuously,andisalsorelatedtocold-rolledplatesofproductivityandqualityofoneofthemostimportantindicatorsofcontrol.However,thereisagreatcouplebetweentensionandspeedontheColdrollingline,andwhentheproductivitylinerunning,tensionbetweentheracksisdisturbedbymanyfactors.whichhaveaseriouseffectontensioncontrol.Inthispaper,steelrollingmodelintheRockwellLabofNEUforthestudy.CombinationoftheBensteelCompanycoldrollingproductionlinetechnologytodigesttheinformation,detailedanalysisoftheproductionlineoftensioncontrolsystem.AndusingRockwell’scontrtolLogixcontrollerandservodrivestodesignthecontrolsystem.UseofthestripphysicaldeformationandHook’slawtheory,derivedtensionofthecoldrollingsystemmathematicalmodel.Forcoldrollingtensioncontrolinthetensioncoupledwiththespeedoftheproblem,inthispaperusethemethodofreversesystemtocontroltensionsystem.UseInteractoralgorithmtojudgethereversibilityofthemathematicalexpressionofcoldrollingtensionbetweenrack,atthesametimeinthisprocesstoresolvetensionoftheoriginalsysyemofinversesystem.Thetensioncaneasilybeconductedwithspeedcontrol,tocontrolthepurposeofdecoupling.Designthelinearcontrollertocontrolthepseudo-linearsystem,andtheresultsshowthattheinversesystemmethodcanbeachievedspeedandtensionofdecouplingcontrol.Forcoldrollingtensioncontrolbetweentherackbymanyfactorsofdisturbancesandsensornoiseproblems,inthispaperusetheadaptiveinversecontrolsystemtocontrolthetension.UsetheLMSadaptivealgorithmtoidentifythetensionoftheobjectmodelandtheinversemodel.Thepseudo-linearsystemisCompositedbytheobjectmodelandtheinversemodelandaddlinkstoeliminatedisturbances.ByintroducingamendmentstoPI,proposedthestructureofcoldrollingrackadaptiveinversecontrolwithPIamendments.Proposeabettersolutionoftheoriginalprogrammestaticerrortoolargeproblem.Keywords：Coldrolling;Tensionbetweenrack;Inversesystem;Interactoralgorithm;Adaptiveinverse;LMSalgorithm东北大学硕士学位论文目录－IV－目录独创性声明..........................................................................................................................I摘要...................................................................................................................................IIABSTRACT......................................................................................................................III第1章绪论...............................................................................................................-1-1.1课题的背景及意义........................................................................................................-1-1.2冷连轧张力控制简介及研究现状................................................................................-2-1.3逆控制方法简介............................................................................................................-4-1.4本文主要工作................................................................................................................-6-第2章冷连轧张力控制系统分析..................................................................-7-2.1冷连轧机生产工艺概述................................................................................................-7-2.2冷轧带钢张力的种类及作用........................................................................................-8-2.2.1带钢张力的种类.....................................