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连铸结晶器振动位移系统的集散控制设计及滑模控制研究

周健  
【摘要】:连铸是钢铁冶金生产过程中的重要环节,为提高钢铁生产效率与产品质量,实际生产中常采用多流连铸的生产方式,并且要求每一连铸流中的结晶器按照给定位移波形振动,结晶器能够准确跟踪给定振动位移波形是保证铸坯质量的关键。多流连铸对系统的安全性和可靠性有较高的要求,并且结晶器振动位移系统中的不确定性干扰等因素会影响振动位移的跟踪效果。为提高多流连铸生产过程中系统整体的安全性与可靠性,以及保证每一连铸流中结晶器振动位移的跟踪精度,本文针对伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移系统,进行集散控制设计及滑模控制研究,主要研究工作如下:首先,针对多流连铸生产过程中集中控制方式安全性与可靠性不足的问题,提出一种伺服电机驱动的连铸结晶器振动位移集散控制系统设计方案。该方案中每一连铸流由一台西门子运动控制器SIMOTION D425单独控制,各流之间的控制相互独立,从而可避免因集中控制器某部件故障而影响所有连铸流生产的情况,以提高系统的安全性与可靠性。其次,以多流连铸的其中一流为例,建立结晶器振动位移系统的数学模型,并针对系统输出方程为非线性方程,不利于位移跟踪控制器设计的问题,提出一种非线性处理算法,便于后续的位移跟踪控制研究。再次,针对存在模型不确定性以及偏心轴零位初始偏差等扰动的结晶器振动位移系统,通过将伺服电机转速闭环控制系统等效为二阶振荡环节,得到系统的简化模型;并结合齐次连续控制算法与自适应超螺旋滑模控制算法,设计自适应高阶滑模控制器,以实现对连铸结晶器期望振动位移的准确跟踪。最后,针对结晶器振动位移系统中存在较大快时变负载干扰的问题,通过构造自适应超螺旋滑模观测器对系统中的时变负载转矩进行实时估计,并将估计值补偿到高阶滑模控制器中,以增强系统的抗干扰性能,提高连铸结晶器振动位移的跟踪精度。


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