[发明专利]一种Smith预估监控AGC系统的控制方法

摘要

本发明涉及一种热连轧监控AGC系统的控制方法，根据Smith预估监控AGC控制系统的内环系统(HGC系统)的结构，建立HGC系统的传递函数模型；采用频域系统辨识算法，对HGC系统传递函数模型的模型参数进行辨识，继而建立Smith预估监控AGC系统数学模型，然后对其离散化；在此基础上，设计热连轧Smith预估监控AGC系统的滑模变结构控制器(SMC)。从而解决了现有热连轧Smith预估监控AGC系统中的PID控制器，控制精度严重依赖于控制对象的建模精度，对控制对象的时滞、非线性和时变性适应能力差的问题。提升热连轧Smith预估监控AGC系统的鲁棒性，以提高热连轧带钢厚度的控制精度。

主权项

1.一种热连轧预估监控AGC系统的控制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：末机架的Smith预估监控AGC系统以HGC系统为执行机构，根据HGC系统的结构，建立其传统函数模型如下：Gpt(s)＝Kpt                   (5)式中，Ga(s)—伺服放大器的传递函数；Ipos—伺服放大器输出的伺服阀控制电流，A；Epos—液压缸输出位移，mm；Ka—伺服放大器增益，A/V。Gsv(s)—伺服阀的传递函数；qsv—伺服阀流量，m3/s；Ksv—伺服阀流量增益，m3/(s·A)；ωsv—伺服阀固有频率，rad/s；ξsv—伺服阀阻尼比。Glc(s)—液压缸和负载的传递函数；Slc—液压缸的位移，m；Ap—油缸无杆腔工作面积，m2；Kt—弹簧刚度，N/m；Kce—伺服阀流量压力系数，m3/(Pa·s)；ζh—液压缸阻尼比；ωh—液压缸固有频率，rad/sec；ωr—一阶环节转折频率，rad/sec；Gpt(s)—位置传感器的传递函数；Kpt—位置传感器的增益；s—拉普拉斯算子；步骤2：对末机架HGC系统进行阶跃响应测试，计算不同频率ω下的系统频率特性H，根据测得系统频率响应特性数据，调用Matlab提供的基于Levy复数曲线拟合算法的函数invfreqs()，得到HGC系统连续传递函数模型的模型参数：其中，ai,bi,nd,nn为拟合系数，ai,bi,nd,nn的值可采用MATLAB提供的基于Levy复数曲线拟合算法的函数invfreqs()进行计算，该函数的调用格式为：[num,den]＝invfreqs(H,ω,nn,nd)步骤3：利用Pade降阶法，将HGC系统连续传递函数进行降阶处理:其中，Gp(s)为HGC系统降阶模型，K0,T0为拟合系数，K0,T0的值可采用MATLAB提供的降阶处理函数pade()进行计算，该函数的调用格式为：[K0,T0]＝pade(ai,bi,nn,nd,1)步骤4：根据Smith预估控制原理，建立热连轧Smith预估监控AGC控制系统数学模型：式中，Gh,ConSmith(s)为Smith预估监控AGC系统传递函数模型，Gc(s)为控制器数学模型，τ为系统滞后时间；步骤5：设置热连轧Smith预估监控AGC控制系统的采样周期T，将Smith预估监控AGC系统连续传递函数模型离散化：式中Gh,ConSmith(z‑1)，Gc(z‑1)，Gp(z‑1)为离散传递函数模型步骤6：设计滑模面s(t)，使系统在滑模面上产生的滑动模态是渐近稳定的并且具有期望的动态品质：s(t)＝e(t)＝h*(t)‑hτ(t)                         (10)式中，e(t)为设定厚度h*(t)与Smith预估器输出hτ(t)的差值，设定值到达滑模面后，满足s(t)＝0。步骤7：选择如式(10)所示的趋近律，计算基于滑模变结构控制器的Smith预估监控AGC系统的控制律：u(t)＝‑η1|s(t)|msgn[s(t)]‑η2|s(t)|nsgn[s(t)]             (11)式中，η1与η2为控制器参数；步骤8：对将所得控制器Matlab代码传化为PLC的STL语言代码，导入到末机架的Smith预估监控AGC系统；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，从而实现对厚度的优化控制。