一種基于滯后補(bǔ)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(bǔ)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(guò)程中，許多控制對(duì)象存在著嚴(yán)重的滯后時(shí)間。這種純滯后往往是由 于物料或能量的傳輸過(guò)程引起的，或者是由于測(cè)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(jī)輥縫之間有一定的距離，導(dǎo)致板形儀反饋的板形測(cè)量信號(hào)并不是當(dāng) 前輥縫中帶材的實(shí)際板形，而是滯后一定的時(shí)間，因此板形控制也是一種典型的滯后控制 過(guò)程。一方面，由于測(cè)量滯后的影響，使得被調(diào)量不能及時(shí)觸發(fā)控制信號(hào)，控制信號(hào)的作用 只有在延遲一定時(shí)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(dāng)對(duì)象 受到干擾而引起被調(diào)量改變時(shí)，控制作用不能立即對(duì)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(zhǎng)的調(diào)節(jié)時(shí)間。
[0003] 由于純滯后過(guò)程是一類復(fù)雜的控制過(guò)程，對(duì)滯后工業(yè)過(guò)程控制方法和機(jī)理的研究 一直受到專家學(xué)者的普遍重視。在冷乳板形控制過(guò)程的滯后補(bǔ)償控制研究方面，許多學(xué)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(jì)算過(guò)程，導(dǎo)致其執(zhí)行效率并不高，難于應(yīng)用到對(duì)實(shí)時(shí)性 要求較高的工程實(shí)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(dòng)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(bǔ)償?shù)睦淙榘逍伍]環(huán)控制方法。
[0005] 為實(shí)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?jī)?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(jì)板形閉環(huán)控制系統(tǒng)的多變量?jī)?yōu)化模型；
[0008] 步驟3，制定各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的PID控制模型；
[0009] 步驟4,制定各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的PID+Smith預(yù)估器控制模型；
[0010] 步驟5,確定每個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制回路的過(guò)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(jìn)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(gè)控制回路，每個(gè)控制回路對(duì)應(yīng)一種板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 的控制過(guò)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(gè)控制周期內(nèi)，板形閉環(huán)控制系統(tǒng)計(jì)算當(dāng)前的板形偏差，利用多變量?jī)?yōu)化模型求解每個(gè)板 形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的最優(yōu)調(diào)節(jié)量，并將其發(fā)送給每個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)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(duì)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)定值進(jìn)行更新以形成新的輥縫形貌，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)板 形偏差的控制。
[0014] 進(jìn)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(jì)板形控制多變量?jī)?yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)，用 于求解板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)最優(yōu)調(diào)節(jié)量的多變量?jī)?yōu)化模型為
[0017] 式中，f( Au)為優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)；Au為待求的板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)最優(yōu)調(diào)節(jié)量向 量，且△ ueRn;n^Pn分別代表板形測(cè)量段數(shù)目和板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)數(shù)目；i和j分別代表測(cè)量段 序號(hào)和板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)序號(hào) ;gl是第i處測(cè)量段的板形偏差權(quán)重因子；A yi是第i個(gè)測(cè)量段的板 形偏差；為第j個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的待求調(diào)節(jié)量;Effu為第j個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)第i個(gè)測(cè)量 段的板形調(diào)控功效系數(shù);BUdPBLj分別為第j個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)上、下極限;為第 j個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的當(dāng)前周期實(shí)際值。
[0018] 進(jìn)一步的，所述步驟3中，在每個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)控制回路中，在多變量?jī)?yōu)化模型環(huán) 節(jié)和控制對(duì)象模型之間均串聯(lián)一個(gè)PID控制器，PID控制器用于接收步驟2中優(yōu)化模型計(jì)算 的各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)量。
[0019] 進(jìn)一步的，所述步驟4中，在完成各個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的PID控制模型后，分別給每個(gè) PID控制器并接一個(gè)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(jìn)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(jī)構(gòu)的對(duì)象模型，確定每個(gè)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(duì)各個(gè)控制回路的PID控制器參數(shù)進(jìn)行整定。
[0021] 進(jìn)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(dòng)切換，即讓板形閉環(huán)控制系統(tǒng)隨滯后時(shí)間的變化而自動(dòng)切換控制模式;低速 乳制時(shí)，系統(tǒng)滯后較大，采用Smith預(yù)估+PID控制方式;高速乳制時(shí)，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(diǎn)：
[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(duì)板形閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn) 行建模和仿真，板形閉環(huán)控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)滯后時(shí)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(duì)板形閉環(huán)控制模式進(jìn)行切換即可消除板形控制過(guò)程中測(cè)量滯后對(duì)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(jiǎn)單、計(jì)算復(fù)雜度較低、 工程應(yīng)用開(kāi)發(fā)容易以及控制實(shí)時(shí)性較高的優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論是處于平穩(wěn)乳制過(guò)程還是處于乳機(jī)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(cè)量滯后的影響，并具有 較高的穩(wěn)態(tài)控制精度，具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價(jià)值。
【附圖說(shuō)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(shí)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(shí)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(shí)板形閉環(huán)控制系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線的標(biāo)準(zhǔn)差圖。
[0033] 圖9本發(fā)明方法的冷乳鋼板形偏差的標(biāo)準(zhǔn)差曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明方法做進(jìn)一步說(shuō)明：
[0035] 實(shí)施例1:
[0036]本實(shí)施例公開(kāi)的是某1450mm五機(jī)架冷連乳機(jī)末機(jī)架基于滯后補(bǔ)償?shù)陌逍伍]環(huán)控 制方法處理過(guò)程。板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)有乳輥傾斜、工作輥正/負(fù)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(guò)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?jī)?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(gè)控制回路，每個(gè)控制回路對(duì)應(yīng)一種板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的控制過(guò)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(gè)控制周期內(nèi)，板形閉環(huán) 控制系統(tǒng)計(jì)算當(dāng)前的板形偏差，利用多變量?jī)?yōu)化模型求解每個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的最優(yōu)調(diào)節(jié) 量，并將其發(fā)送給每個(gè)板形調(diào)節(jié)機(jī)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(duì)板形 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)定值進(jìn)行更新以形成新的輥縫形貌，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)板形偏差的控制，制定的 1450mm五機(jī)架冷連乳機(jī)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(biāo)板形和測(cè) 量板形之間的偏差向量;Eff表示板形調(diào)節(jié)機(jī)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?jī)?yōu)化模型計(jì)算的