一种热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种热连轧厚度‑活套综合系统逆线性二次型控制方法，根据活套控制系统与厚度控制系统的动力学模型，利用状态空间分析法，建立热连轧厚度‑活套综合系统连续状态空间模型；基于建立的连续状态空间模型，选择适当的采样周期，采用零阶保持器方法，对所获得的连续模型进行离散化，获得厚度‑活套综合系统的离散状态空间模型；在此基础上，设计综合系统的逆线性二次型控制器(ILQ)。解决了现有热连轧控制系统中，将厚度控制系统(AGC)与活套控制系统当作两个独立的控制系统，无法处理系统间的多变量耦合问题。根据本发明专利技术实施例提供的技术方案，可以实现对热连轧控制系统中厚度、张力与角度的协调优化控制。

Inverse Linear Quadratic Control Method for Hot Strip Mill Thickness-Loop Integrated System

The invention relates to an inverse linear quadratic control method for the thickness looper integrated system of hot continuous rolling. According to the dynamic model of looper control system and thickness control system, a continuous state space model of the thickness looper integrated system of hot continuous rolling is established by using state space analysis method. Based on the established continuous state space model, an appropriate sampling period is selected and a zero-order holder is adopted. Methods The continuous model is discretized to obtain the discrete state space model of the thickness looper synthesis system. On this basis, the inverse linear quadratic controller (ILQ) of the synthesis system is designed. In the existing hot strip rolling control system, the thickness control system (AGC) and looper control system are regarded as two independent control systems, and the problem of multivariable coupling between them can not be solved. According to the technical scheme provided by the embodiment of the present invention, the coordinated optimization control of thickness, tension and angle in the hot strip rolling control system can be realized.

【技术实现步骤摘要】
一种热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型控制方法
本专利技术涉及板带热轧
，尤其涉及板带热连轧多变量控制系统的协调优化控制。
技术介绍
热连轧由于带钢的联系而成为一个整体，机架内部和机架之间由于张力而存在着相互影响，在系统性能要求不高的情况下，可以粗略地认为机架间的张力是小而恒定的。因而AGC系统控制的带钢板厚与活套控制的秒流量、张力之间，以及各个机架之间的控制可以近似认为是独立的。但是常规热连轧控制中的张力不能保证恒定，张力是极其活跃的因素，AGC系统和活套系统之间的相互影响已不可忽略，并成为进一步提高产品质量的关键。目前实际生产中，厚度、角度及张力控制系统均各自独立进行控制，不能协调处理各系统间的耦合，因此研究厚度-活套系统的综合控制势在必行。本专利技术基于建立的热连轧多变量系统离散状态空间模型，以提高厚度控制精度与带钢张力稳定性为性能指标，考虑现场干扰、建模误差和参数摄动等不确定因素，提出了一种适用于热连轧厚度-活套综合系统的逆线性二次型控制方法。该控制方法较传统的PID控制方法，具有更强的鲁棒性，更适用于加工环境复杂多变的热连轧生产现场，且本专利技术所提出的控制方法是基于离散的状态空间模型，控制算法可直接转化为STL语言，导入进PLC控制器，从而实现热连轧系统中厚度、角度及张力的协调优化控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型控制方法，以解决现有板带热连轧控制中，将厚度控制系统与活套控制系统作为两个独立的子系统进行处理，无法对厚度、角度及张力进行协调优化的问题。为了解决上述的技术问题，本专利技术提供了一种热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型控制方法，根据热连轧活套控制系统与厚度控制系统的动力学模型，建立热连轧厚度-活套综合系统连续状态空间模型，选择适当的采样周期，采用零阶保持器方法，对连续状态空间模型进行离散化。基于离散化的厚度-活套综合系统状态空间模型，利用逆线性二次型原理，设计厚度-活套综合系统的控制器。具体过程包括：步骤1：根据热连轧活套控制系统与厚度控制系统的动力学模型，利用状态空间分析法，建立第i机架与第i+1机架的厚度-活套综合系统连续状态空间模型：其中，状态变量为xi＝[ΔθiΔωL,iΔσout,iΔωiΔMiΔSi+1]T；控制变量为ui＝[Δωr,iΔMr,iΔSr,i+1]T；干扰变量为di＝[Δhin,iΔTin,i]T；输出变量为yi＝[ΔθiΔσout,iΔhout,i+1]T；Ai，Bi，Ci，Di为状态空间方程系数矩阵。式中，Δσout,i为第i机架出口张力增量；Δθi为第i活套角度增量；ΔωL,i为第i活套辊角速度增量；Δωi为第i机架轧辊角速度增量；Δωi+1为第i+1机架轧辊角速度增量；ΔMi为第i活套电机输出力矩增量；ΔSi+1为第i+1机架辊缝增量；Δωr,i为第i机架主传动电机控制量；Δωr,i+1为第i+1机架主传动电机控制量；ΔMr,i为第i活套驱动电机控制量；Δhin,i为第i机架入口厚度变化量；Δσin,i为第i机架入口张力变化量；ΔSr,i+1为第i+1机架辊缝调节量；ΔTin,i为第i机架入口张力变化量；Δhout,i+1为第i+1机架出口厚度变化量；步骤2：设置热连轧控制系统的采样周期T，利用matlab软件将热连轧厚度-活套综合控制系统连续状态空间模型转化为离散空间状态模型：其中，的值可采用MATALB状态空间模型处理工具箱计算：步骤3：对求得的热连轧离散状态空间模型进行线性变换，使其具有ILQ控制器设计所需的状态空间模型：AA＝Γ-1AclΓ(3)BA＝Γ-1Bcl(4)式中步骤4：对系统状态矩阵(Acl，Bcl)进行极点配置，计算系统的特征值{si}主导极点所对应的特征向量{fi}：其中{si}与{fi}的值可采用MATALB特征值与特征向量提取工具箱计算：[fi,si]＝eig(Acl，Bcl)步骤5：对步骤4计算得到的{fi}进行线性坐标变换(公式5)，得到系统状态矩阵(AA，BA)的特征向量{fiA}，并提取特征向量{fiA}中的[ti]和[gi]矩阵，计算[F1]矩阵(公式6)：fiA＝Γ-1fi(5)F1＝-GT1-1(6)式中，特征向量fiA＝[tigi]T；T1＝[t1,t2,…tn]；G＝[g1,g2,…gn]步骤6：选择非奇异矩阵V＝I，选择加权因子计算矩阵步骤7：根据步骤6计算得到的矩阵计算矩阵{σi}，并求解加权矩阵Σ：Σ＝σΓ(9)式中，Γ＝diag(γ1,γ2,…,γm),γi＞0；步骤8：对系统(AA,BA)采用ILQ理论进行期望极点配置，基于步骤5求解的矩阵[F1]与步骤7求解的加权矩阵Σ，计算状态反馈矩阵KA，然后通过线性变换得到ILQ控制器的控制率KF和KI：KA＝V-1ΣV[F1,I]＝Σ[F1,I](10)[KF,KI]＝[F1,I]Γ-1(11)步骤9：对将所得控制器Matlab代码传化为PLC的STL语言代码，导入活套控制器与厚度控制器；控制器采用事件驱动方式，当采样数据到达控制器时，控制器立刻进行计算，并将控制信号传给执行器，执行器按照固定的采样周期读取控制信号，生成控制输入，从而实现活套控制系统与厚度控制系统的协调优化控制。相较于现有技术，本专利技术的技术方案具备以下有益效果：首次提出采用基于离散状态空间模型的逆线型二次型技术，研究热连轧控制系统中活套系统与厚度系统之间的协调优化控制问题，解决目前实际生产中，厚度、角度及张力控制系统均各自独立进行控制，不能协调处理各系统间的耦合，从而达到同时提高带钢厚度精度与张力稳定性的目的。有别与传统的二次型控制(LQ)，本专利技术所提出的逆线性二次型控制，首先求解最优且稳定的反馈控制率KF和KI，然后确定对应的加权矩阵Q、R和黎卡提方程的解，从而避免了对加权矩阵的求解，简化了控制算法。由于本专利技术所提出的逆性型二次型算法中引入了状态反馈矩阵KA，使控制器具有更强的鲁棒性，可适用于加工环境复杂多变的热连轧生产现场。由于本专利技术是基于离散状态空间模型，进行热连轧厚度-活套综合系统控制方法的设计，因此所专利技术的逆线型二次型控制方法，可直接传化为西门子PLC的STL语言代码，导入活套控制器与厚度控制器中。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图进行实例实施。图1是本专利技术实施方式所提供的一种基于离散状态空间模型的热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型的流程示意图；图2是本专利技术实施例中研究对象厚度活套综合系统的结构图；图3是本专利技术实施例中逆线型二次型算法设计流程图：图4是本专利技术实施例中所设计的厚度-活套综合系统ILQ控制算法结构图；图5是本专利技术实例系统中在来料厚度扰动下厚度、角度及张力响应曲线图；图6是本专利技术实例系统中在轧辊偏心扰动下厚度、角度及张力响应曲线图。具体实施方式参考图1-图4，一种热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型控制方法，根据热连轧活套控制系统与厚度控制系统的动力学模型，建立热连轧厚度-活套综合系统连续状态空间模型，选择适当的采样周期，采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热连轧厚度‑活套综合系统逆线性二次型控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：根据热连轧活套控制系统与厚度控制系统的动力学模型，利用状态空间分析法，建立第i机架与第i+1机架的厚度‑活套综合系统连续状态空间模型：

【技术特征摘要】
1.一种热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：根据热连轧活套控制系统与厚度控制系统的动力学模型，利用状态空间分析法，建立第i机架与第i+1机架的厚度-活套综合系统连续状态空间模型：其中，状态变量为xi＝[ΔθiΔωL,iΔσout,iΔωiΔMiΔSi+1]T；控制变量为ui＝[Δωr,iΔMr,iΔSr,i+1]T；干扰变量为di＝[Δhin,iΔTin,i]T；输出变量为yi＝[ΔθiΔσout,iΔhout,i+1]T；Ai，Bi，Ci，Di为状态空间方程系数矩阵。式中，Δσout,i为第i机架出口张力增量；Δθi为第i活套角度增量；ΔωL,i为第i活套辊角速度增量；Δωi为第i机架轧辊角速度增量；Δωi+1为第i+1机架轧辊角速度增量；ΔMi为第i活套电机输出力矩增量；ΔSi+1为第i+1机架辊缝增量；Δωr,i为第i机架主传动电机控制量；Δωr,i+1为第i+1机架主传动电机控制量；ΔMr,i为第i活套驱动电机控制量；Δhin,i为第i机架入口厚度变化量；Δσin,i为第i机架入口张力变化量；ΔSr,i+1为第i+1机架辊缝调节量；ΔTin,i为第i机架入口张力变化量；Δhout,i+1为第i+1机架出口厚度变化量；步骤2：设置热连轧控制系统的采样周期T，利用matlab软件将热连轧厚度-活套综合控制系统连续状态空间模型转化为离散空间状态模型：其中，为离散状态空间模型系数，的值可采用MATALB状态空间模型处理工具箱sys计算：sys＝ss(Ai,Bi,Ci,Di),步骤3：对求得的热连轧离散状态空间模型进行线性变换，使其具有I...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹方辰，宋宁宁，纪清智，严文俊，薛海昂，吴湘成，黄身桂，黄吉祥，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35