轧钢机厚度鲁棒控制策略研究罗建强摘要：衡量板带产品质量的重要指标之一为厚度。为了提高板带产品的质量，需要加强对轧钢机厚度控制系统的研究。主要讨论了轧钢机厚度鲁棒控制策略，阐述了鲁棒控制理论，说明了轧钢机厚度控制基础，从鲁棒性能方面分析了轧钢机厚度鲁棒控制策略，希望能为相关研究领域提供借鉴和参考。关键词：轧钢机；鲁棒控制；板带产品；非线性思想：TG334.9：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.121随着社会经济的快速发展，社会对板带产品的质量提出了更高的要求。由于轧钢机的机械系统会受多种因素的影响，导致运行系统具有很大的不确定性，采用一些常规方法很难实现精确控制。而鲁棒控制方法对数学模型的要求比较低，且能在不确定范围内设计出具有较高稳定性的控制器，并对多种不确定性因素进行有效控制。鲁棒控制理论在控制系统的设计中得到了广泛应用。1鲁棒控制理论工业生产的机械系统较为庞大，存在很多不确定因素，这些不确定因素主要产生于生产设备、生产过程和生产运输系统等方面，由于这些对象具有一定动态性，很难用精确的数学模型对其进行描述和控制。虽然在某些情况下已建立了控制对象的模型，但由于系统过于复杂，加之控制系统还存在一定的缺陷，无法进行优化。此外，由于工业生产环境具有动态性，控制系统内部的元件很容易出现老化或损坏，且被控制对象的性能也会发生改变，因此，在众多不确定因素的干扰下，数学模型在实际操作中难免会出现误差。在此背景下，应建立一个有效的系统或设计方法对某些不确定因素进行控制，以保证系统的稳定性，满足性能指标，因此，鲁棒控制理论应运而生。由于应用领域的不同，对鲁棒控制控制理论的定义也有所不同，但概括中，板材的厚度也是重要的组成部分。图1为轧制过程中轧机与轧件的状态。在轧制过程中，轧机和轧件会发生相应的变形，具体情形如图2所示。图1轧机与轧件的状态示意图图2轧机和轧件的变形情况在图2中，H为入口厚度；h为出口厚度；S为实际辊缝；S0为空载辊缝；P为轧制力。2.1轧钢机弹性变形在轧制压力的作用下，轧钢机的机座会发生弹性变形，这种变形主要有2种形式，一种是轧辊变形，包括了弯曲变形和弹性压扁；另一种是零件变形，主要包括了轧辊轴承、轴承座和垫块等零件出现的压缩变形，这部分变形拉大了轧辊的缝隙。2.2轧件厚度变化的原因通过分析研究发现，空载辊缝、轧机模数和轧制压力对轧后轧件的厚度造成了重要影响，因此，在对轧件厚度变化因素进行分析时，应从以下3方面着手研究。2.2.1空载辊缝轧辊磨损、热膨胀和偏心等情况都可以对空载辊缝产生影响，进而使轧件厚度发生改变。2.2.2轧机模数在轧制过程中，受到轧辊磨损和热膨胀因素的影响，会改变辊间的接触情况，进而使辊系弹性变量出现波动、轧机的模数发生改变。如果轧机的模数变大、轧机达到一个新的平衡点时，则轧力也会随之加大，进而使轧件的出口厚度降低。2.2.3轧制压力实践研究表明，轧制压力变化是造成轧件厚度波动的主要因素，因此，所有影响轧制压力的因素都会干扰轧件塑性曲线的相对位置和斜率，进而改变弹跳曲线和塑性曲线的交点位置，最终影响轧件的实际轧出厚度。3轧钢机厚度鲁棒控制策略3.1鲁棒性分析在对轧钢机的实际控制中，普遍存在不确定因素和问题，通常情况下，不确定因素分为2类，即来自外部的干扰和系统内部的测量误差、参数错误等。在控制过程中，无论采用古典控制理论，还是采用现代控制理论，其都建立在数学模型的基础上，并利用控制器使控制系统满足性能指标的要求。但因数学建模的精细性难以保证，控制器在对系统进行控制时很难符合相关要求。因此，设计控制系统时，要充分考虑不确定因素的影响，而鲁棒控制理论为处理这些不确定性因素提供了有利支持。想要更好地对轧钢机厚度进行控制，需要对鲁棒的性能进行分析，主要是对控制系统在不确定作用下的稳定性能、动态性能等进行分析。如果闭环控制系统具有稳定性，则设计出的控制系统鲁棒具有稳定性。3.1.1加法不确定性系统鲁棒稳定性条件如果控制系统具有加法不确定性，则可以用如下形式表示：.（1）式（1）中：P0（s）为控制对象的标称模型；W（s...