热轧带钢厚度的Smith-Fuzzy控制研究

毕业设计（论文）热轧带钢厚度的Smith-Fuzzy控制研究学院控制工程学院专业名称自动化班级学号学生姓名指导教师2013年6月13日东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第I页热轧带钢厚度的Smith-Fuzzy控制研究摘要本文针对热连轧带钢厚度控制过程中的非线性、不确定性和实时性要求等问题，通过理论研究、计算机仿真及实际应用相结合的方法进行了研究。首先，通过对带钢厚度控制问题进行理论分析，全面而系统地归纳了轧制系统中的外在条件及与自动厚度控制之间的关系特点，给出了自动厚度控制系统的数学模型。其次，设计了史密斯预估和模糊控制的方法，并将此方法与自动厚度控制结合起来。采用史密斯模糊控制方案，对热连轧系统进行了大量的动态设定仿真。仿真研究表明，本文提出的算法对于来料的温度偏差、宽度偏差、材质不均等具有遗传性的扰动有很好的抑制作用，同时也解决了控制系统中稳定性与功能性的矛盾，增强了系统的适应性。最后，通过实验仿真，该控制系统控制效果良好，具有一定的推广价值。结果表明史密斯模糊控制系统结构简单，易于实现，效果明显优于传统控制器，其控制策略达到了较高的工艺水平的要求，具有良好的抗干扰性。关键词：热连轧,自动厚度控制,液压AGC系统,史密斯模糊控制东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第II页AStudyofSmith-FuzzyControlinHot-rollingMillAuthor：ChangyiYangTutor：HongweiWangAbstractThepaperstudiesthenon-linearity,uncertaintyandreal-timerequirementsinhot-rollingmill,withthecombinationoftheoreticalresearch,computersimulationandapplicationofrealistic.Firstofall,throughthetheoreticalanalysisofAutomationGaugeControl(AGC),therelationshipbetweentheAGCsystemandextraconditionofhot-rollingmillissummarizedcomprehensivelyandsystematically,andtheAGCmathematicsmodelisgivenout.Secondly,theSmithpredictiveandFuzzycontrolmethodisraisedandcopedwithAGC.Thepaperadoptsthismethodandmakesdynamicsettingsimulationinhot-rollingsystem.Thesimulationresultsshowthatthecontrolstrategyproposedinthispaperisnotonlyveryeffectiveintheeliminationofsomegeneticdisturbancessuchastemperaturedeviations,widthdeviations,andmaterialnon-uniformityandsoon,butalsosolvesthecontradictionsofstabilityandfunctionalityandenhancestherobustnessofthesystem.Finally,withsimulationandpracticaldemonstrations,thecontrolsystemworkswell,andhasapromotionalvalue.TheresultsshowthatFuzzy-Smithcontrolsystemissimpleandeasytoimplementandtheeffectissuperiortothetraditionalcontroller.Thecontrolstrategyhasreachedahigherlevelofrequirementandhasgoodrobustnessandanti-interference.KeyWords:Hot-rollingmill,Automaticgaugecontrol,HydraulicAGCsystem,Smithfuzzycontrol东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第III页目录1绪论.........................................................11.1热连轧带钢自动化技术..........................................11.2热轧带钢轧机的发展............................................21.3热轧带钢厚度自动控制的国内外发展及现状........................31.4论文研究的主要内容............................................52板厚控制基本理论.................................................72.1轧机弹跳方程与塑性方程........................................72.2引起厚度波动的原因及规律......................................82.2.1引起带钢厚度波动的原因....................................82.2.2带钢厚度变化的基本规律....................................92.3AGC的基本形式与控制原理......................................122.3.1测厚仪式AGC..............................................122.3.2张力式AGC................................................142.3.3秒流量AGC................................................152.3.4轧制力AGC................................................162.3.5前馈式AGC................................................162.4本章小结.....................................................173控制策略研究....................................................183.1史密斯预估控制策略...........................................183.1.1史密斯预估控制原理.......................................183.1.2史密斯预估控制的控制特性.................................203.2模糊控制策略.................................................233.2.1模糊控制基础.............................................233.2.2模糊控制原理.............................................263.2.3模糊控制器的设计方法.....................................283.3史密斯模糊控制策略...........................................313.4本章小结.....................................................324控制器的设计及仿真分析..........................................334.1热轧带钢轧机控制系统模型.....................................334.2模糊控制器的设计及仿真分析...................................344.3模糊预估控制器的设计及仿真分析...............................424.4本章小结.....................................................44东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第IV页结论...........................................................45致谢...........................................................46参考文献...........................................................47附录...........................................................49附录A............................................................49附录B............................................................58东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文）第1页1绪论1.1热连轧带钢自动化技术钢铁工业作为国民经济的重要基础产业，对交通、能源、水利、电力等基础设施的建设，对建筑、机械、汽车、家电等制造业的发展起着至关重要的作用。中华人民共和国成立以来，我国钢铁工业经过50年的艰苦奋斗，得到了高速的发展，已从1949年产钢几十万吨发展到1990年我国钢产量突破1亿吨大关[1]。2003年我国钢产量已达到2.2亿吨，成为世界上第一个年产钢超过两亿吨的国家。由于带钢热连轧生产的高质量和高效益，带钢热连轧机的建设已成为钢铁企业提高产量增加经济效益的首选建设项目，全世界80多年来已建成200多套带钢热连轧生产线。截至2007年，我国主要钢铁企业热连轧机组生产能力8875万吨，热轧生产线30条，而仅2005年下半年到2006年初就有8套机组投产，约占总量的1/4[2]。热轧新线的产品依靠其价格优势逐步打开了各地的市场，对国际、国内市场会形成一定的冲击。目前，中国既是钢铁材料世界第一生产大国，又是钢铁材料世界第一消费大国。然而从数量和品种质量来讲，我国钢铁工业还不能满足国民经济发展的需求，特别是用于制造业部门的高档薄板远远满足不了国内需求。本文就是以热连轧机厚度自动控制系统为背景，研究厚度自动控制相关理论，针对测厚仪式AGC系统中存在的滞后问题，设计控制方案。厚度自动控制系统在热轧控制里是非常复杂和重要的环节，涉及到模型设定精度、AGC控制水平、设备状态、轧制带钢品种、计划编排和操作干预水平等，厚度精度控制的高低基本上能够反映轧机的综合控制水平，历来厚度控制都为各热轧厂家所重点关注。因此，研究板带材的轧制过程，提高自动化技术水平和轧制精度，进一步提高产量。冶金生产过程是个极其复杂的生产过程。它包括多种工序，其中轧钢是形成产品的最后工序，它对产品质量有着重要影响。因此，轧钢设备是相当复杂的，而热连轧更为复杂。热连轧的控制系统集中了现代高新技术的很多方面，例如检测技术、计算机及信息技术、人工智能等控制理论等，其中每一个环节的技术进步，都很快的应用于带钢热连轧的控制当中，使带钢热连轧的