史密斯预估控制策略在厚规格轧制中的应用

辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第I页史密斯预估控制策略在厚规格轧制中的应用摘要热轧带钢厚度精度一直是提高产品质量的主要目标。正因如此，厚度设定模型（AGC）曾是热轧带钢自动化首先实现的功能。AGC系统的主要任务是对带钢全长进行厚度控制以保证带钢的厚度精度及其百分比。消除板厚差的主要方法是采用自动厚度控制（AutomaticGaugeControl,简称AGC）系统。轧机出口板厚很大程度上取决于该出口AGC系统的性能。由于实际轧制过程的复杂性、控制对象的非线性、时变性，单纯的AGC控制系统都不能取得较好的控制效果。在大多数过程控制过程系统中，不同程度地存在着时间滞后的工艺过程，Smith预估补偿控制能很好的解决这一问题。但Smith控制方法的前提是必须确切地知道被控对象的数学模型，在此基础上才能建立精确的预估模型。本文正是应用Smith预估控制策略来消除纯滞后的影响，并对怎样获得精确的被控对象数学模型进行认真分析研究。本文将纯滞后系统的Smith预估控制算法应用到厚规格成品轧制中，大大改善了系统的动态响应特性。通过对实践的分析发现其出口使用的Smith-AGC系统对改善系统超调,减小滞后对厚度控制的影响都有较好的效果。在应用中Smith-AGC系统与PI控制形成很好的配合，这样才能发挥各自优点使其对厚规格轧制有明显的控制作用。关键词：厚度自动控制；厚度模型；Smith预估器；数字PID控制辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第II页目录摘要........................................................................................................................................I1.绪论................................................................................................................................11.1课题背景.....................................................................................................................11.2课题特点及技术路线.................................................................................................11.3课题研究意义.............................................................................................................21.4国内外研究现状.........................................................................................................32.数字PID控制与SMITH控制系统..........................................................................42.1PID控制原理..............................................................................................................42.2数字PID控制算法.....................................................................................................52.2.1位置式PID控制算法.........................................................................................52.2.2增量式PID控制算法.........................................................................................72.3SMITH预估控制器........................................................................................................82.3.1Smith预估补偿原理..........................................................................................92.3.2纯滞后系统的Smith控制算法........................................................................112.3.3改进型Smith预估补偿方案...........................................................................133.热连轧AGC系统与厚度模型的控制....................................................................143.1热连轧概述...............................................................................................................143.2AGC控制系统............................................................................................................143.2.1反馈AGC............................................................................................................143.2.2监控AGC............................................................................................................153.3厚度模型与控制.......................................................................................................193.3.1概述...................................................................................................................193.3.2影响厚度精度因素...........................................................................................193.3.3精轧设定所涉及的模型...................................................................................204.SMITH预估控制在厚规格轧制中的应用...........................................................27结论....................................................................................................................................30致谢....................................................................................................................................31参考文献..............................................................................................................................32附录A（外文文献）.......................................................................................................33附录B（中文译文）.......................................................................................................40附录C（其它）...............................................................................................................47辽宁科技大学本科生毕业设计(论文)第1页1绪论1.1课题背景本课题是以鞍钢1700热轧为研究对象使用先进的控制策略，力争做到控制算法上的理论和实际相结合，使其能在1700精轧机组上有所应用。厚度控制的好坏主要决定于精轧机组的控制，而影响精轧机组厚度控制的一个主要因素就是末机架与监控仪之间有一段距离，所以存在纯滞后时间[1]。含有纯滞后环节的闭环控制系统必然存在较大的超调量和较长的调节时间，因此纯滞后对象也成为很难控制的问题。由于纯滞后过程是一类复杂的过程所以它的控制问题一直是困扰着自动控制和计算机应用领域的一大难题。因此,对滞后工业过程方法和机理的研究一直受到专家学者普遍的重视。近年来,工业生产对钢板的需求量越来越大,对钢板成品质量的要求也越来越高,而厚度偏差是保证热轧钢板板带最重要的尺寸精度指标之一。热轧带钢厚度精度一直是提高产品质量的主要目标。模拟AGC系统在计算控制应用之前已经开始发展，而冶金工业第一套计算机控制系统（1960年）即用于热连轧机组的厚度设定。热连轧过程的控制是一个国家自动化水平的体现，控制好一条现代化的高精度连轧生产线的难度，决不亚于控制一颗人造卫星的发射和运行控制。1.2课题特点及技术路线厚度是板带钢最主要的质量指标之一，带钢纵向厚度不均是影响产品质量的一大障碍。因此，热连轧机的一项重要课题就是带钢厚度的自动控制（AutomaticGaugeControl），简称AGC。带钢热连轧过程的一个显著特点是“机械、电气、液压控制系统和轧件间的紧密联系，形成一个复杂的综合系统[2]”。由于实际轧制过程的复杂性、控制对象的非线性、时变性，单纯的AGC控制系统都不能取得较好的控制效果。针对原有压力AGC比例控制的不足，在实际应用中采用PI控制策略[1]，并将纯滞后系统的Smith预估控制算法应用到厚规格成品轧制中，大大改善了系统的动态响应特性。正因如此本文采用史密斯（Smith）预估补偿器与AGC的结合即Smith-