《热轧带钢厚度智能控制方法研究毕业论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热轧带钢厚度智能控制方法研究毕业论文（103页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、热轧带钢厚度智能控制方法研究毕业论文目录摘要1Abstract21引言12文献综述22.1 AGC研究进展22.2 PID控制方法研究现状32.3自动厚度控制及PID控制42.4本文所做的工作63轧钢厚度误差分析及控制原理83.1热轧带钢厚度偏差产生原因83.2几种常用的厚度控制系统93.2.1测厚仪反馈式AGC93.2.2厚度计式AGC123.2.3前馈式AGC133.2.4变刚度AGC144液压AGC数学模型174.1伺服阀基本方程174.2液压缸基本方程184.3轧机辊系基本方程194.4背压回油管道214.5传感器方程214.6控制调节器模型224.7 AGC系统的动态结构模型225单
2、神经元自适应PID控制及仿真245.1常规PID控制仿真245.1.1常规PID控制原理245.1.2液压模型的PID控制仿真265.2单神经元自适应PID控制275.2.1神经元网络控制的基本原理285.2.2单神经元自适应PID控制器295.2.3单神经元自适应PID控制器的学习规则305.2.4单神经元自适应PID控制器的具体步骤345.2.5单神经元自适应PID控制器参数选择规则355.2.6单神经元自适应PID仿真36结论41参 考 文 献42附 录A外文原文43附 录B外文译文71附 录C程序部分88致谢97 .专业.专注. 1引言从1924年美国在阿斯兰建设的1470mm带钢热连
3、轧和1926年在巴特勒建设的1070mm带钢热连轧机起，带钢热连轧机已经有将近80年的发展史了。因为带钢热连轧生产的高效率、高经济性，带钢在经济生活中，有广泛的用途，因而在轧钢生产中发展得最为迅速，而且也是各种新技术应用最为广泛的一个领域。从某种意义上来说，带钢热连轧的设备水平和工艺已经成为一个国家工业发展水平的一项重要标志。近年来，近终形连铸技术飞速发展，世界上第一套薄板坯连铸连轧生产线于1989年在美国Nucor公司投产，带钢铸轧也取得了突破性的发展。随着市场需求的不断发展，用户在对各种类型的板材需求急剧增长的同时，也对板材的各种材质精度提出了更高的要求，尤其在精度上需用厚度偏差仅为几个微
4、米的热轧薄板。我国的很多中小板材生产企业的冷轧机生产线都是通过简单的电控系统，有的甚至仅靠手工来完成对板材的厚度控制，精度根本达不到要求。为满足市场的需求，就必须运用新技术建造新的冷轧机生产线或者对现在的生产线进行相应的改造。为了使板厚达到预定要求，对轧制压力、压力位置和板材上力，必须进行适时适量的变化。为了获得某一时刻、某一点（板材纵向上的一条直线）板材的厚度，开发了能够连续测定厚度的X射线测厚仪。X射线测厚仪的出现，为以后厚度自动控制系统的迅速发展和板厚控制精度的提高创造了良好的条件。后来又开发了厚度自动控制技术，随着计算机技术的广泛应用，又开发了计算机AGC系统和数字化AGC系统。AGC
5、正是针对上述市场需要产生的。有些轧机生产线利用了AGC系统，大幅度的提高了厚度精度。各种AGC系统的成功使用，在很大程度上取决于硬件技术的进步。技术进步是相互关联、相互促进的，硬、软件技术的高速发展，才大幅度地提高了板厚控制精度。通过建立数学模型，利用单神经元自适应PID控制，再用MATLAB及Simulink仿真技术实现带钢热连轧技术，提高技术指标。使得带钢生产从单轧制到目前的连续轧制，从窄带到目前的宽带轧制，从低速生产到高速生产，从模拟控制到数字控制。对企业顺利达产达效和提高产品竞争力有重要意义，对提高国民经济效益具有非常重大的现实意义，对国家钢铁工业在世界地位有不可或缺的意义。2文献综述
6、通过查阅相关文献，介绍了AGC研究进展，PID控制方法研究现状以及自动厚度PID控制状况。2.1 AGC研究进展厚度自动控制系统(AGC)，是英国钢铁协会于20世纪40年代末50年代初发明的，该方法称之谓BIRAAGC。之后日本、德国、美国等发明了测厚计型AGC，称之谓GMAGC。BISRAAGC控制模型中只有轧机参数M，没有轧件参数Q，从理论上讲是不完备的。采用传统轧制力预报模型计算，最大偏差多在20%以上，所以传统的常规的数学模型不能提供足够精确的近似值。即使采用自适应技术，利用实测数据重新计算模型参数，但由于模型本身结构的限制，也难于适应实际生产过程。用测厚仪信号反馈控制轧机压下或轧机入
7、口侧带钢力的AGC 系统。上个世纪70年代，厚度控制系统大多是这类系统，而且是采用前馈控制和测厚仪信号反馈控制轧机压下或轧机入口侧带钢力的AGC系统1。将上述AGC系统数字化，并增加前馈控制回路就构成这类AGC系统数字化或计算机控制，加上一些新的控制算法，使这类AGC系统性能获得进一步的提高。模拟线路。我国早期的AGC系统调节压下装置的执行机构是电动的，因电动压下响应慢和非线性的缺点，逐渐被液压压下机构代替采用前馈控制、压力反馈控制和监控的AGC系统。自从70年代液压厚控技术（液压AGC）的应用使板厚技术产生重大变革2。由于液压技术与计算机技术的结合，使这一阶段的板厚控制技术大大地向前迈进了一
8、步3。上个世纪80年代，在用现代控制理论的基础上，利用电子技术与计算机技术相结合，对上述2类AGC系统进一步加以改进，形成了GM-AGC系统或BISRA-AGC系统 4 5 。其主要特点是使用轧机弹跳方程计算轧后带钢厚度作为实测厚度，与设定厚度或锁定厚度相减，其差为检测的厚度偏差值，经过转换后用子压下调节。这样就不存在轧辊中心到测厚仪的传输滞后时间了，从而提高了系统性能，获得普遍应用。随着计算机技木的发展，国外可逆冷轧机AGC技术也得到了迅速的发展，功能断完善。流量AGC国外上个世纪70年代就成功地应用在冷轧机上，上个世纪80代开始在可逆冷轧机上应用，国外已经发展了-AGC系统，以德国西门子公
9、司1995年推出的一个5机架冷轧机上的AGC系统为典型，大大地提高了板带厚控制精度。80年代末至今，板厚控制技术向着大型化、高速化、连续化的方向发展，成为板厚技术发展的新阶段。这一阶段已将板厚控制的全部过程融入计算机网络控制的自动化级和基础自动化级。在过程控制级的控制中，一方面采用最优控制、多变量控制、自适应控制、预测控制等控制理论的最新成果，以追求控制性能的更高水平。在监控层的设定计算中，一方面采用人工智能、模糊控制、神经网络等知识工程的手法，以追求系统的灵活性和多样性6。在轧制领域，过程控制技术以板厚及力控制为主要代表，在这些控制中，充分采用多年来控制理论的新成果，在高速控制器上构筑控制系
10、统，使压下AGC和速度AGC互不干涉，AGC和ATC互不干涉，最大限度的发挥液压压下装置的作用。使板厚精度控制在5%以7。2.2 PID控制方法研究现状PID参数整定（即参数调节）是在PID控制器结构已知的情况下，对比例器、积分器、微分器的三个增益系数进行调节，以期望达到最好的控制品质。自Zigeler、Nihcols提出PID参数整定方法起，许多技术已经被用于PID控制器的手动和自动参数整定。其发展阶段如下：1）上世纪40至50年代自上世纪20年代，Minorsky在对传播自动导航的研究中，提出了基于输出反馈的PID控制器的设计方法起8，PID控制器在过程控制中得到了广泛的应用。40至50年
11、代PID控制器主要用于单变量系统的反馈控制，基本原理是按误差进行调节。这一时期发展起来的PID参数整定方法也主要是基于这一模型的。有的方法是基于闭环系统的响应曲线、频率特性或者是误差性能来调节PID参数，例如Z-N法、临界灵敏度法、基于两点交叉的PID参数整定规则、ISTE最优设定法、基于增益优化的整定法、继电器法9等。这些方法的共同特点是对于被控对象精确的数学模型是未知的，而是运用了基于对象参数模型的辨识方法。基于被控过程对象参数辨识的整定方法是利用辨识算法得出对象的数学模型, 在此基础上用整定算法对控制器参数进行整定10。但是，随着工业控制的日益复杂和精确化，传统的PID控制不能满足非线性
12、和不确定性系统的鲁棒性要求；不能满足时变系统适应性快的要求；不能满足多变量系统的协调控制的要求。为此，人们做了更进一步的研究。2）上世纪五十年代至本世纪末这一时期控制理论的研究进入了另一个发展方向现代控制理论。提出了基于状态反馈的控制，继而又对基于状态反馈控制器的最优控制、自适应控制和鲁棒控制等进行了大量和深入仔细的研究，形成了系统的理论体系，但由于它对微分方程数学模型过分依赖，控制算法过于复杂，因而可实现性较差8。3）上世纪七十年代至今1971年著名的美籍华裔科学家傅京教授最早公开指出了一个崭新的研究领域，并提出了相应的概念，这就是智能控制系统。智能控制是人工智能技术与控制理论的交叉，它具有
13、以下特点：能为复杂系统（如非线性、快时变、多变量、强耦合、不确定性等）进行有效的全局控制，并具有较强的容错能力；定性决策和定量控制相结合的多模态组合控制；从系统的功能和整体优化的角度来分析和综合系统，以实现预定的目标，并具有自组织能力；同时具有以知识表示的非数学广义模型和以数学表示的数学模型的混合控制过程，系统在信息处理上，既有数学运算，又有逻辑和知识推理11。国外许多研究人员将智能控制的多个分支运用于PID控制，做出了许多成果。例如文献12中归纳了将模糊控制算法应用于PID控制的控制器的基本形式和影响模糊控制理论发展的几个重要问题。文献13中介绍了基于神经网络的PID参数整定方法和仿真方法。
14、除此之外，还有基于专家系统的PID控制，自适应PID控制等。将智能控制理论应用于PID控制中，既保持了PID控制器的结构简单、适用性强和整定方便等优点，又通过智能技术在线调整PID控制器的参数，以适应被控对象特性的变化。智能控制理论的应用成果和理论发展说明了智能控制正成长为自动控制的前沿学科之一。2.3自动厚度控制及PID控制带钢热连轧计算机控制是冶金工业中应用计算机控制最为成功、最有效的领域之一。近年来，随着带钢热连轧技术的迅速发展，我国已相继建成（包括在建的）24条宽带钢热连轧及18条中宽带热连轧自动化生产线。与此同时，国的科研人员通过对带钢热连轧计算机控制技术进行的深入研究，对从国外引进
15、的设备和技术进行系统的学习、改造和创新，为此，对国外带钢热连轧计算机控制方面的技术进行总结显得十分必要 14。 板带冷热轧的厚度精度一直是提高产品质量的主要目标。正因如此，厚度设定模型及自动厚度控制AGC，automatic gauge control曾是轧机自动化首先实现的功能。模拟AGC系统在计算机控制应用之前已经开始发展，而冶金工业第一套计算机控制系统（1960年）即用于热连轧精轧机组的厚度设定15。液压AGC系统框图如图2.1所示：图2.1 液压AGC系统框图AGC系统为一复杂的工业控制系统，要研究、设计、分析这样的系统单纯依靠理论解析已无法得出满意的结果。因此近年来各国都积极应用计算机仿真技术（经1979年自动化学会在召开的仿真学术交流会确定Simulation译为仿真，analog译为模拟），来进行研究 。PID控制是最早发展起来的控制策略之一，由于其算法简单、鲁棒性好及可靠性高，被广泛应用于过程控制和运动控制中，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性系统。然而实际工业生产过程往往具有非线性、时变性、不确定性，难以建立精确的数学模型，应用常规PID控制器不能达到理想的控制效果，而且在实际生产现场中，由于受到参数整定方法繁杂的困扰，常规PID控制器参数往往整定不良、性能欠佳，对运行工况的适应性很差。
