[发明专利]一种张紧辊带钢张力滑模控制方法及控制装置

说明书

本发明提供一种张紧辊带钢张力滑模控制方法及控制装置，属于工业自动化领域。包括以下步骤：步骤一、张紧辊带钢张力建模；步骤二、张紧辊带钢张力滑模控制方法设计；与传统的PID控制方法相比，本发明的滑模控制方法能够有效的克服张紧辊带钢张力的非线性、未知外界干扰等控制难点；本发明一种张紧辊带钢张力滑模控制装置，该控制装置选取西门子S7‑300系列PLC（CPU型号315‑2DP）作为主站，选取自带CPU的分布式I/O ET200S（CPU型号IM151‑7）作为从站，主从站通过Profibus‑DP现场总线通讯。完成了控制装置的硬件设计和软件设计。

技术领域

本发明设计了一种张紧辊带钢张力滑模控制方法及控制装置，属于工业自动化领域。

背景技术

在冶金生产过程中，实现张紧辊带钢张力的精确控制是保证带钢产品质量、提升带钢生产效率的关键性因素。现有的带钢张力控制装置多数采用PID控制算法，控制精度低，控制效果不理想。

发明内容

本发明的目的是设计了一种张紧辊带钢张力的滑模控制方法，与传统的PID控制方法相比，本发明的滑模控制方法能够有效的克服张紧辊带钢张力的非线性、未知外界干扰等控制难点；本发明的另一个目的是设计了一种能够实现上述滑模控制方法的张紧辊带钢张力滑模控制装置，该装置以西门子S7-300系列PLC(CPU型号315-2DP)作为主站，完成了控制装置的硬件设计和软件设计。

为了实现张紧辊带钢张力的先进控制系统的开发，本发明首先建立了张紧辊带钢张力控制的状态空间模型，其次运用西门子公司的工业自动控制架构开发了基于滑模变结构控制理论的PLC滑模控制器，最后建立由PLC控制系统、上位机监控系统组成的带钢张力滑模控制装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种张紧辊带钢张力滑模控制方法，包括以下步骤：

步骤一、张紧辊带钢张力建模

(1)张紧辊结构

按照带钢经过各个辊子的顺序，分别将各个传动辊定义为1号、2号、3号、4号；其中1号辊和4号辊逆时针转动，2号辊和3号辊顺时针转动，v₀为张紧辊的上游带钢速度，v₁、v₂、v₃、v₄分别为各个传动辊的转动线速度；其中，v₀的大小由上游生产过程决定，由测量工具检测，为已知参数；vi(i＝1,…,4)的大小由各个传动辊的电机控制，为可变参数；F₁为张紧辊带钢入口处的张力，F₂、F₃和F₄分别为各传动辊间的带钢张力，F₅为张紧辊带钢出口处的张力；其中，Fi(i＝1,…,4)通过调节4个传动辊的转速进行调节，下游带钢张力F₅由下游生产设备决定；L₁为张紧辊带钢入口处的带钢长度，L₂、L₃和L₄分别为各个传动辊之间的带钢长度，各部分带钢长度为固定的已知参数；

(2)张紧辊带钢模型建立

在张紧辊带钢张力控制过程中，通过调节各传动辊电机的电磁力矩T_e,i(i＝1,…,4)来调节各个辊子的转速，进而控制控制带钢张力F_i(i＝1,…,4)；定义T_e,i为模型输入变量，定义F_i为模型的输出变量，针对第i个传动辊可以得到其电机运动方程式为：

式(1)中，J_i为第i个传动辊的转动惯量，ω_i为第i个传动辊的角速度，T_L,i为第i个传动辊电机的负载力矩；得到T_L,i同带钢张力之间的数学关系式为：