铝铸轧机前箱液位滑模变结构控制系统研究

作     者：杨普 

作者单位：清华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张曾科

授予年度：2003年

学科分类：08[工学] 081101[工学-控制理论与控制工程] 0811[工学-控制科学与工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 

主      题：变结构控制 抖振控制 准滑模运动 液位控制 

摘      要：薄带坯高速铸轧机属于第四代铸轧机，这种铸轧机生产的薄带坯的冶金组织比常规带坯好，力学性能也更高，而且可提高成品的表面质量。国家计委将该项目列为“九五科技攻关项目，与铸轧工艺一起作为优先发展与重点扶持的高新技术。在铝高速铸轧过程中，铝板的表面质量主要受制于前箱液位的控制精度和整个生产线的自动化程度。因此，液面自动控制系统对于铸轧产品的稳定性及产品的质量起着重要作用。 本文首先分析了铝铸轧机前箱液位控制系统的特点并建模，然后采用PID控制策略设计并实现了控制器，并且设计实现了系统控制器部分的软硬件。在系统试运行一段时间后发现，PID控制策略能够满足多数情况下的控制要求，尤其是在系统的扰动不太大的时候，但是也存在一些关键性的不足，主要是鲁棒性不够和调节阀塞棒挂渣问题没有好的解决方案。 针对PID控制策略的不足，本文讨论了变结构控制作为改进方案，一方面利用其对摄动的自适应性提高系统鲁棒性，另一方面利用变结构的抖振现象使塞棒在平衡态抖动，从而防止塞棒挂渣。由于控制量相对受限制，并且主要体现在控制量加速不足方面，无法实现理想的滑模变结构控制，因此本文研究了一类能控系统在这种情况下的连续系统准滑模变结构控制，包括变结构控制三要素，尤其是到达条件;并且针对塞棒挂渣问题，给出了该情况下抖振的表达式;鲁棒性方面，分析了外界扰动对准滑模运动的影响，并且给出了外扰作用下抖振的表达式。理论分析和仿真表明，连续时间系统变结构控制确实具有一定的鲁棒性，并且能够实现抖振控制与系统控制的部分解耦。 本文的另一项工作是在连续系统的基础上，讨论了离散时间变结构控制策略和抖振控制，针对控制量加速度不足，提出了离散趋近律的两种实现方式，由于两种实现方式同样具有明显的优缺点，因此将两种方式结合起来，增加了两个与滑模面平行的切换面作为系统在两种方式之间切换的界限，并通过计算机仿真验证控制效果。这种离散时间变结构控制具有易实现的特点，而且进一步解耦了抖振控制和系统动态，但是鲁棒性有所下降。