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一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法技术

技术编号:39400636 阅读:7 留言:0更新日期:2023-11-19 15:53
本发明专利技术公开了一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法,涉及板带轧制过程振动控制技术领域,首先根据动力学定理,考虑了轧机机电液垂扭耦合影响,建立了轧机垂扭耦合振动非线性模型;然后根据实际工况确定抑制轧机振动的控制目标;最后结合轧机垂扭耦合振动的非线性模型和抑制轧机振动的控制目标设计轧机耦合振动控制器。本发明专利技术建立了更加符合实际工况的轧机垂扭耦合振动非线性模型,针对耦合垂振子系统和耦合扭振子系统输出性能受限问题,基于耦合设计法,利用非对称正切障碍李雅普诺夫函数和反步法,通过先设计耦合垂振自适应控制策略,再设计耦合扭振自适应控制策略,实现了对轧机垂扭耦合振动的有效抑制,保证板带轧制过程的稳定。证板带轧制过程的稳定。证板带轧制过程的稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法


[0001]本专利技术涉及板带轧制过程振动控制
,尤其是一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法。

技术介绍

[0002]轧机系统是一个包含机械、电气和液压的复杂多质量体转动系统,轧制工艺参数与机械结构、不同振动模态、机械,电气与液压之间的耦合作用关系,会使得板带在轧制过程会出现不同类型的耦合振动。
[0003]由于轧机耦合振动形式的多样性以及机理的复杂性,使得轧机耦合振动问题吸引了国内外学者的关注。目前,对于轧机耦合振动建模主要是从多模态耦合以及机电液耦合等角度进行研究。基于上述建立的轧机耦合振动模型,耦合振动控制算法被逐渐应用到轧机耦合振动抑制控制中。Liu分别设计了积分分离控制算法、基于干扰观测器的PI控制模型以及带阻滤波器来分别治理存在积分积累导致系统超调、外部扰动和谐振干扰下的轧机机电液耦合振动。李强强应用状态空间方程表示轧机垂扭耦合振动模型,通过采用对角矩阵解耦方法,研究了轧机垂扭耦合振动系统的解耦控制方法。柴斌虎设计了鲁棒解耦控制器,可以有效的消除垂扭耦合关系,并且通过仿真证明了鲁棒解耦控制器抗干扰性能的优越性。曾家谦通过设计二阶扭振抑制器以及对轧机液压压下系统进行参数修改和优化,有效地抑制了轧机机电液耦合振动现象。上述文献在建立轧机垂扭耦合模型时,忽略了系统中存在的非线性因素,而实际板带轧制过程不可避免的会存在多种非线性因素如非线性轧制力、非线性刚度、非线性阻尼和死区等,从而使得现有的耦合振动模型与实际工况存在差别。并且当轧机出现垂扭耦合振动时,由于机械设计以及设备安全的原因会导致电机转速、负载转速等需要满足不同的受限要求。而上述文献提出的垂扭耦合振动控制算法中并没有考虑轧机垂扭耦合振动时存在的输出受限问题。
[0004]因此,考虑到轧机耦合垂振系统和耦合扭转系统存在输出性能受限,采用耦合设计方法,分别设计耦合垂振控制器和耦合扭振控制器,实现对的轧机垂扭耦合振动抑制控制是具有实际意义的。

技术实现思路

[0005]本专利技术需要解决的技术问题是提供一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法,针对轧机系统在轧制过程中存在的垂扭耦合振动问题,本专利技术首先考虑了轧机机电液垂扭耦合影响,建立了更加符合实际工况的轧机垂扭耦合振动非线性模型,然后,基于该模型,针对耦合垂振子系统和耦合扭振子系统输出性能受限问题,基于耦合设计法,利用非对称正切障碍李雅普诺夫函数和反步法,通过先设计耦合垂振自适应控制策略,再设计耦合扭振自适应控制策略,最终实现了对轧机垂扭耦合振动的有效抑制,保证板带轧制过程的稳定。
[0006]为解决上述技术问题,本专利技术所采用的技术方案是:一种用于输出受限下的轧机
垂扭耦合振动抑制控制方法,包括如下步骤:
[0007]步骤S1、收集轧机垂扭耦合系统物理量参数;
[0008]步骤S2、根据动力学定理,考虑垂扭耦合影响因素,建立轧机垂扭耦合振动非线性系统模型;
[0009]步骤S3、根据实际工况确定抑制轧机垂扭耦合振动目标;
[0010]步骤S4、结合轧机垂扭耦合振动的非线性模型和抑制轧机振动的控制目标,根据李雅普诺夫稳定性定理给出控制器和参数自适应律,设计轧机耦合振动控制器。
[0011]本专利技术技术方案的进一步改进在于:所述步骤S1中收集的轧机垂扭耦合系统物理量参数包括如下:工作辊及轴承座等效质量m1,工作辊与液压缸之间的等效刚度k
11
,工作辊与液压缸之间的等效阻尼c
11
,液压缸活塞面积A1,液压缸有杆腔的有效工作面积A2,液压缸无杆腔的工作压力P1,液压缸有杆腔工作压力P2,电机转矩T
m
,稳定轧制时的负载转矩T
L1
,干扰转矩T
LD
,电机和负载的转动惯量J
m
,J
L
,电机转动角度θ
m
,轧辊转动角度θ
L
,连接轴的刚度系数K,阻尼系数c1、c2、c3、c4,液压缸的内泄露系数C
t
,液压缸的控制腔初始体积V,液压油的体积模量β
e
,阀口流量系数C
d
,阀口面积梯度w,阀芯位移x
v
,增益系数k
v
,液压油密度ρ,连接轴的刚度系数K,液压缸供油压力P
s
,液压缸回油压力P
t
,乳化液浓度、流量、温度系数a,b,c,轧辊半径R。
[0012]本专利技术技术方案的进一步改进在于:所述步骤S2中轧机垂扭耦合振动非线性系统模型包括两个子系统,子系统1的动态方程如下:
[0013][0014]子系统2的动态方程如下:
[0015][0016]其中,z
11
为工作辊振动位移,z
12
为工作辊振动速度,z
13
为液压缸无杆腔的工作压力,z
21
为轧辊转动角速度,z
22
为电机与轧辊转动角度差,z
23
为电机转动角速度,m1为工作辊及轴承座等效质量,k
11
为工作辊与液压缸之间的等效刚度,c
11
为工作辊与液压缸之间的等效阻尼,A1为液压缸活塞面积,A2为液压缸有杆腔的有效工作面积,P1为液压缸无杆腔的工作压力,P2为液压缸有杆腔工作压力,C
t
为液压缸的内泄露系数,V为液压缸的控制腔初始体
积,β
e
为液压油的体积模量,C
d
为阀口流量系数,w为阀口面积梯度,x
v
为阀芯位移,k
v
为增益系数,ρ为液压油密度,K为连接轴的刚度系数,T
m
为电机转矩,T
L
为负载转矩,J
m
,J
L
分别为电机和负载的转动惯量,F
z
(z
11
,z
12
)为轧制力,a,b,c为与乳化液浓度、流量、温度相关的参数,c1、c2、c3、c4为阻尼系数,R为轧辊半径,为轧辊角速度,f
11
(z
21
)为垂振对扭振的未知耦合项,f
21
(z
11
)为扭振对垂振的未知耦合项。
[0017]本专利技术技术方案的进一步改进在于:所述步骤S3中根据工作辊振动位移和负载转速跟踪误差确定抑制轧机垂扭耦合振动目标,并且考虑到轧机耦合垂振系统和耦合扭转系统存在输出性能受限。
[0018]本专利技术技术方案的进一步改进在于:所述步骤S4的具体过程如下:
[0019]步骤S41、根据步骤S2中轧机垂扭耦合振动非线性模型的子系统1和子系统2,分别选取李雅普诺夫函数;
[0020]步骤S42、对相应的李雅普诺夫函数求导,求解在t趋于无穷时,使得V(t)趋于零的虚拟控制器、实际控制器和自适应本文档来自技高网
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤S1、收集轧机垂扭耦合系统物理量参数;步骤S2、根据动力学定理,考虑垂扭耦合影响因素,建立轧机垂扭耦合振动非线性系统模型;步骤S3、根据实际工况确定抑制轧机垂扭耦合振动目标;步骤S4、结合轧机垂扭耦合振动的非线性模型和抑制轧机振动的控制目标,根据李雅普诺夫稳定性定理给出控制器和参数自适应律,设计轧机耦合振动控制器。2.根据权利要求1所述的一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法,其特征在于:所述步骤S1中收集的轧机垂扭耦合系统物理量参数如下:工作辊及轴承座等效质量m1,工作辊与液压缸之间的等效刚度k
11
,工作辊与液压缸之间的等效阻尼c
11
,液压缸活塞面积A1,液压缸有杆腔的有效工作面积A2,液压缸无杆腔的工作压力P1,液压缸有杆腔工作压力P2,电机转矩T
m
,稳定轧制时的负载转矩T
L1
,干扰转矩T
LD
,电机和负载的转动惯量J
m
,J
L
,电机转动角度θ
m
,轧辊转动角度θ
L
,连接轴的刚度系数K,阻尼系数c1、c2、c3、c4,液压缸的内泄露系数C
t
,液压缸的控制腔初始体积V,液压油的体积模量β
e
,阀口流量系数C
d
,阀口面积梯度w,阀芯位移x
v
,增益系数k
v
,液压油密度ρ,连接轴的刚度系数K,液压缸供油压力P
s
,液压缸回油压力P
t
,乳化液浓度、流量、温度系数a,b,c,轧辊半径R。3.根据权利要求1所述的一种用于输出受限下的轧机垂扭耦合振动抑制控制方法,其特征在于:所述步骤S2中轧机垂扭耦合振动非线性系统模型包括两个子系统,轧机垂扭耦合子系统1的动态方程如下:轧机垂扭耦合子系统2的动态方程如下:其中,z
11
为工作辊振动位移,z
12
为工作辊振动速度,z
13
为液压缸无杆腔的工作压力,z
21
为轧辊转动角速度,z
22
为电机与轧辊转动角度差,z
23
为电机转动角速度,m1为工作辊及轴承座等效质量,k
11
为工作辊与液压缸之间的等效刚度,c
11
为工作辊与液压缸之间的等效阻尼,A1为液压缸活塞面积,A2为液压缸有杆腔的有效工作面积,P1为液压缸无杆腔的工作压力,P2为液压缸有杆腔工作压力,C
t
为液压缸的内泄露系数,V为液压缸的控制腔初始体积,
β
e
为液压油的体积模量,C
d
为阀口流量系数,w为阀口面积梯度,x
v
为阀芯位移,k
v
为增益系数,ρ为液压油密度,K为连接轴的刚度系数,T
m
为电机转矩,T
L
为负载转矩,J
m
,J
L
分别为电机和负载的转动惯量,F
z
(z
11
,z
12
)为轧制力,a,b,c为与乳化液浓度、流量、温度相关的参数,c1、c2、c3、c4为阻尼系数,R为轧辊半径,为轧辊角速度,f
11
(z
21
)...

【专利技术属性】
技术研发人员:钱承张柳柳华长春白振华陈佳强
申请(专利权)人:燕山大学
类型:发明
国别省市:

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