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随着现代轧钢工业对产品的质量要求越来越高,对轧机传动系统也提出了高精度和高动态性能的技术要求。由于负载扰动的影响和电机与轧辊之间的弹性连接阻碍速度控制系统的性能的提升,特别是在轧机咬钢、抛钢和产生冲击时,传动系统经常伴随扭振现象。轧机传动的扭振不仅影响轧件的表面质量而且降低了传动系统的疲劳寿命,影响传动系统的安全生产,甚至发生断辊、断轴等事故,造成轧钢机械设备的损坏,是获得高质量、高精度产品的一大障碍。因此,轧机传动系统扭振控制的研究已经成为轧制技术领域中的一个前沿课题。
本文以轧机传动系统为研究对象,对轧机扭振控制进行了深入的研究,主要工作如下:
1.从机械动力学理论出发,考虑到大型轧机上、下辊传动,长轴联结的中间轴承以及轧制工艺过程变化等因素,给出了二质量模型的一种新形式,建立了二质量系统轧机传动动力学模型;从二质量模型出发,建立了多质量模型;通过对多质量系统进行的分析,找出了多质量模型和二质量模型之间的联系,从而得出了轧机传动系统可以用二质量模型描述的结论。
2.轧机传动系统具有很强的、且是随机的外加扰动,这些扰动可以归结为系统模型的不确定性。通过对轧机扭转振动的现象的描述,分析和研究了轧机扭振现象频发的主要原因和特征,得出了轧机咬钢和抛钢是产生扭振主要因素的重要结论。
3.考虑到内模控制对外部扰动具有较好的鲁棒性,提出基于内模控制的轧机传动系统扭振控制方法,从而解决了轧钢过程中由于负载变化引起的扭振抑制问题;在对轧机传动系统的模型进行分析的基础上,设计出了能够同时满足控制系统鲁棒性稳定和品质鲁棒性的轧机传动系统内模控制器。
4.轧机传动系统产生扭振的原因很多,如轧机平面布置、工艺条件、零件强度及几何尺寸等,但其关键因素是传动装置上的强烈的冲击载荷、轧机负载的突然变化。从控制理论的观点,扭振主要是由轧机传动系统中很强的、且是随机的外加扰动引起的,它会造成系统模型的改变。因此,本文提出将这些扰动归结为系统模型的不确定性,或把轧机传动装置的模型称为无扰动的不确定性模型,进而可以采用鲁棒预测控制的方法来抑制扭振。
5.分析了轧机传动系统模型参数中所包含的各种摩擦系数、质量、转动惯量等参数的量测误差,以及元器件老化等因素引起的变化等不确定性,并采用参数的摄动的方法加以描述。提出将H<,∞>控制引入轧机传动系统中进行扭振控制的方法,并对H<,∞>控制的轧机传动系统的鲁棒稳定和控制器的性能进行了分析。