[发明专利]一种热连轧厚度-活套综合系统逆线性二次型控制方法

摘要

本发明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。

主权项

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x_i＝[Δθ_i Δω_L,i Δσ_out,i Δω_i ΔM_i ΔS_i+1]^T；控制变量为u_i＝[Δω_r,i ΔM_r,i ΔS_r,i+1]^T；干扰变量为d_i＝[Δh_in,i ΔT_in,i]^T；输出变量为y_i＝[Δθ_i Δσ_out,i Δh_out,i+1]^T；A_i，B_i，C_i，D_i为状态空间方程系数矩阵。式中，Δσ_out,i为第i机架出口张力增量；Δθ_i为第i活套角度增量；Δω_L,i为第i活套辊角速度增量；Δω_i为第i机架轧辊角速度增量；Δω_i+1为第i+1机架轧辊角速度增量；ΔM_i为第i活套电机输出力矩增量；ΔS_i+1为第i+1机架辊缝增量；Δω_r,i为第i机架主传动电机控制量；Δω_r,i+1为第i+1机架主传动电机控制量；ΔM_r,i为第i活套驱动电机控制量；Δh_in,i为第i机架入口厚度变化量；Δσ_in,i为第i机架入口张力变化量；ΔS_r,i+1为第i+1机架辊缝调节量；ΔT_in,i为第i机架入口张力变化量；Δh_out,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(A_i,B_i,C_i,D_i),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：A_A＝Γ^‑1A_clΓ   (3)B_A＝Γ^‑1B_cl   (4)式中式中，I为单位矩阵步骤4：对系统状态矩阵(A_cl，B_cl)进行极点配置，计算系统的特征值{s_i}主导极点所对应的特征向量{f_i}：其中{s_i}与{f_i}的值可采用MATALB特征值与特征向量提取工具箱计算：[f_i,s_i]＝eig(A_cl，B_cl)步骤5：对步骤4计算得到的{f_i}进行线性坐标变换(公式5)，得到系统状态矩阵(A_A，B_A)的特征向量{f_iA}，并提取特征向量{f_iA}中的[t_i]和[g_i]矩阵，计算[F₁]矩阵(公式6)：f_iA＝Γ^‑1f_i   (5)F₁＝‑GT₁^‑1   (6)式中，特征向量f_iA＝[t_i g_i]^T；T₁＝[t₁,t₂,…t_n]；G＝[g₁,g₂,…g_n]步骤6：选择非奇异矩阵V＝I，计算矩阵式中，Π为加权变量因子；步骤7：根据步骤6计算得到的矩阵计算矩阵{σ_i}，并求解加权矩阵Σ：Σ＝σΓ   (9)式中，Γ为调节变量因子；步骤8：对系统(A_A,B_A)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K_A，然后通过线性变换得到ILQ控制器的控制率K_F和K_I：K_A＝V^‑1ΣV[F₁,I]＝Σ[F₁,I]   (10)[K_F,K_I]＝[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。