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伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统自适应滑模控制

郭翠  
【摘要】:连铸结晶器是钢水凝固成型的重要设备,结晶器上下振动可避免结晶器与钢水粘连,能有效提高铸坯表面质量。连铸结晶器非正弦振动技术已被国内外连铸工作者确认为发展高效连铸的关键技术之一。结晶器能否按给定非正弦波形振动是影响铸坯表面质量的重要因素。本文主要针对存在未知时变负载扰动和参数不确定性等因素的伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动位移系统高精度跟踪控制问题展开研究。主要研究内容如下:首先,在结晶器上下振动过程中,为确保伺服电机单方向转动以实现节能的目的,通过分段函数建立偏心轴转角与结晶器振动位移间一一映射的关系,从而将结晶器位移跟踪控制问题转化为偏心轴转角跟踪控制问题,简化了控制器设计的复杂度,为后续的研究奠定基础。其次,针对系统中存在的时变负载转矩,并考虑电机转速不可测的情况,设计了一种基于扩张状态观测器(ESO)反步滑模控制器。先构造ESO估计负载扰动和不可测状态,再基于ESO和滑模控制方法设计反步控制器,并将扰动估计值引入到控制器中进行补偿,以提高输出跟踪控制精度。然后,考虑系统中存在减速比参数不确定性、时变负载扰动和偏心轴机械零位偏移等问题,其中,时变负载扰动和参数不确定性可分别视为位移跟踪系统的匹配扰动和非匹配扰动。针对带有匹配扰动和非匹配扰动的结晶器振动位移系统,给出了一种基于ESO的滑模控制方法,先构造两个ESO分别估计系统的匹配扰动和非匹配干扰,再基于干扰估计设计了一种新的滑模面。所设计的新型滑模控制器能够提高系统的抗干扰能力,并能有效减小系统抖振。最后,针对带有非匹配扰动的连铸结晶器位移跟踪系统,提出了一种基于ESO的自适应反步滑模控制方法。该方法利用反步技术,将非匹配扰动转化为匹配扰动进行处理,并引入自适应增益估计ESO估计误差的上界,以减小ESO估计误差对系统控制精度的影响,从而实现结晶器位移的高精度跟踪。同时,该方法放宽了现有方法对非匹配扰动的限制条件。


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