基于加性分解的轧机液压伺服位置系统控制研究

发表时间:2019/6/10   来源:《防护工程》2019年第5期   作者:王伟宁 刘方玉
[导读] 会以轧机液压的伺服位置综合系统为基础,进一步研究轧机厚度的控制系统,便于提升系统可靠性及稳定性。

斐雪派克电器(青岛)有限公司  266555
  摘要:本文以工程为角度,设计以 ASD 方法为基础控制器,此控制器具有简单可靠的优势,可确保证轧机液压内部伺服位置的跟踪系统有界稳定,并有者良好鲁棒性及平稳控制的输入, 通过后期仿真操作可验证该控制器可满足相关控制要求。
  关键词:加性分解;轧机液压;伺服位置;系统控制;
  
  
  前言:
  为确保处于外部大幅度负载扰动变化及不确定因素系统影响之下,轧机液压的伺服位置控制器能够确保系统位置的跟踪精度,满足于轧机对于液压伺服的位置系统各项标准。本文主要以加性分解为基础,针对轧机液压内部伺服位置的系统控制进行综述分析,望能够为相关专家及学者对这一课题的深入研究提供有价值的参考或者依据。
  1、液压伺服的位置系统基础模型
  
  
  图1 液压伺服整个系统控制方案示图
  2、设计控制器
  2.1 定义输出的矩阵
  以矩阵A+BKT为基础,输出矩阵重新定义为C∈R3×1(A+BKT)TC=-ΛC。在该列式当中,A=diag(λ1、λ2、λ3),λ1、λ2、λ3代表(A+BKT)T特征参数值。新输出矩阵C可使从u至y单入单出最小的相位系统。故有y→0,便可存在e→0,则有动态逆的控制y→0。
  2.2 动态逆的控制
  通过ASD,其不确定的系统转换成不确定的自系统。故G最小相位已知,动态逆性追踪控制装置设计的表述具体为:u(s)=-G-1(s)d1(s)。但是,控制器因分子阶梯数比例阶梯数较高,故无法实现。这里所引入的低通滤波的矩阵 Q(s)=1/(εs+1),ε>0可看成摄动的参数。控制器则可转换成为:u(s)=-C-1(s)Q(s)d1(s),把dl(s)= y(s)- G(s)u(s)代入至u(s)=-C-1(s)Q(s)d1(s)列式当中,可获取P1形式的控制器。u (s)=-1/ε(CTB)-1CTe(s)。该列式当中CTe代表输入,若det(CTe)≠0,则该控制器便可实现,完成以ASD 方法为基础控制器的设计。
  3、系统的仿真分析
  为进一步验证给出方案有效性,本次主要运用Mstlab针对该系统实施仿真操作,以某1450mm四辊的可逆轧机作为例子,如图2所示,为基本物理参数。假设,该油缸的期望位置为xd=1cm,其初始的条件为e(0)=[0.01 00],fd(t)代表作用在柱塞之上慢时变为外部负载力,fd(t)=106+105sin (0.4πt)N,那么,d(t)= fd(t)/m=83.8cos(0.4πt)N。通过以上所获取到的所有数据,针对轧机液压的伺服位置综合系统实施仿真操作,把结果与其传统的PID 控制装置所获结果进行对比分析。所有测试均处于相同条件下实施,如图3-6所示,为具体仿真的结果。图3当中显示出ASD该控制系统实时的位置、跟踪误差及实际的位置,可看出其有着优异瞬态的特性,其跟随误差于0.15s内快速地趋向为0,跟踪性能良好。图4可显示处于相同条件之下,与传统PID的控制系统实际跟踪效果相比,ASD的控制效果最佳。充分考虑最小控制系统基本标准情况下,由图5即可看出ASD 的控制器所输出较低振幅及平滑控制的输入信号,比传统PID的控制系统略站优势;图6为ASD、 PID的控制系统跟踪误差实际速度情况,从中即可了解到,ASD 的控制系统实际瞬态状态较好,实际持续的时间在0.1s以内。以上仿真操作结果可表明ASD的控制器能够确保系统信号的有界与系统状态可收敛至原点周边范围,验证ASD方法有效性。  
  
  图2 1450mm四辊的可逆轧机内部液压伺服的位置系统基本物理参数示图
  
  4、结语
  本文对有着不确定性参数 、非线性的模型于状态的不可测轧机液压内部伺服的位置系统,提出以ASD动态逆控制的算法,通过理论及仿真操作结果可证明,外部处于大幅度负载扰动变化及不确定因素系统影响之下,此控制器能够确保系统位置的跟踪精度,可满足于轧机对于液压伺服的位置系统各项要求。接下来,会以轧机液压的伺服位置综合系统为基础,进一步研究轧机厚度的控制系统,便于提升系统可靠性及稳定性。
  参考文献:
  [1]李建雄, 方一鸣, 石胜利. 轧机液压伺服位置系统的自适应输出反馈控制[J]. 电机与控制学报, 2015, 16(1):144-145.
  [2]李晓刚, 方一鸣, 刘乐. 基于非奇异快速终端滑模的轧机液压伺服位置系统反步控制[J]. 控制与决策, 2018, v.33(09):116-123.
  [3]范志远, 方一鸣, 欧发顺. 基于多模型模糊切换的轧机液压伺服系统位置控制[J]. 冶金设备, 2016,24(2):18-22.

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