一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冶金行業(yè)中連鑄技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù) 合振動控制系統(tǒng)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 連鑄生產(chǎn)工藝由于其成本低、效率高、操作靈活以及產(chǎn)品質(zhì)量好等特點，在鋼鐵行 業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)晶器是連鑄機的關(guān)鍵設(shè)備，結(jié)晶器振動是連鑄工藝的核心技術(shù)，它 直接影響著鋼坯的成型和鋼坯的質(zhì)量。結(jié)晶器振動裝置是與結(jié)晶器相連的振動機構(gòu)，它的 作用是防止鋼坯坯殼與結(jié)晶器銅板黏連，同時獲得良好的鑄坯表面，因此對結(jié)晶器振動控 制系統(tǒng)就提出了更高的要求。結(jié)晶器非正弦振動是近年來發(fā)展成熟并逐漸應(yīng)用于連鑄生產(chǎn) 的一項新的振動技術(shù)，其振動波型突破了傳統(tǒng)正弦振動的限制。目前，非正弦振動大多是通 過基于電液伺服的液壓振動裝置實現(xiàn)。與傳統(tǒng)的機械振動裝置相比，液壓振動系統(tǒng)具有響 應(yīng)速度快、振動精度高、振動參數(shù)在線可調(diào)等優(yōu)點，可很好地滿足高速連鑄對結(jié)晶器振動控 制的要求，因此，液壓振動裝置得到了廣泛應(yīng)用。結(jié)晶器振動是一個周期性重復(fù)運動的過 程，這一性質(zhì)比較適合采用迭代學(xué)習(xí)控制方案。迭代學(xué)習(xí)控制可以高精度的跟蹤給定，已成 為目前實現(xiàn)智能控制的一種重要而又有效的形式，在工業(yè)控制方面取得了較好的效果。但 迭代學(xué)習(xí)控制主要問題之一是魯棒性問題，需要滿足穩(wěn)定控制的充分條件，而該條件與動 態(tài)過程參數(shù)有關(guān)，由于連鑄生產(chǎn)工況環(huán)境是不斷變化的，即實際動態(tài)過程中存在著各種不 確定的擾動、偏差，導(dǎo)致魯棒性問題尤為突出。
[0003] 中國專利申請，申請?zhí)枮?01410230888. 8,專利公開號CN103968924A，公開日 2014年8月6日。公開了一種基于多階段控制的配料稱重控制方法。該方法將配料稱重過 程劃分為三個階段，并采用不同的控制方式進行控制，具體過程如下：第一階段：快速給料 階段，當(dāng)實際下料量小于或等于第一階段重量值時，對任何物料都以同一恒定最大速度進 行快速配料；第二階段：精確稱量階段，采用常規(guī)PID控制器進行控制；第三階段：預(yù)測落 差階段，采用迭代學(xué)習(xí)控制方式進行控制，計算給出的關(guān)閉提前控制量，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)給料 速度。本發(fā)明較好的解決了物料配料稱重速度與精度相互矛盾的問題。但該方法并未解決 本發(fā)明所要解決的魯棒性問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 1.要解決的技術(shù)問題
[0005] 針對現(xiàn)有的迭代學(xué)習(xí)控制由于連鑄生產(chǎn)工況環(huán)境的不斷變化，即實際動態(tài)過程中 存在著各種不確定的擾動、偏差，導(dǎo)致魯棒性不穩(wěn)定尤為突出的問題，本發(fā)明提供一種連鑄 機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)及其控制方法。它在系統(tǒng)前饋環(huán)節(jié)上加入可靠性較高的PID 控制器，系統(tǒng)的抗干擾性能強和魯棒性穩(wěn)定，迭代學(xué)習(xí)的收斂速度快，效率高。
[0006] 2.技術(shù)方案
[0007] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。
[0008] 一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)，包括內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制器；內(nèi)環(huán)控 制器包括控制器、伺服閥放大器、伺服閥、液壓裝置、位移傳感器，所述的控制器、伺服閥放 大器、伺服閥、液壓裝置、位移傳感器依次連接并形成閉環(huán)，外環(huán)控制器包括期望軌跡存儲 器、迭代學(xué)習(xí)控制器、控制存儲體，期望軌跡存儲器和迭代學(xué)習(xí)控制器連接、迭代學(xué)習(xí)控制 器連接控制存儲體和控制器。
[0009] 更進一步的，所述的控制器為數(shù)字PID型控制器。
[0010] 采用上述的一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步驟：
[0011] (1)、設(shè)置k，k為連鑄機結(jié)晶器振動次數(shù)，置k = 0,給定并存儲被控對象的期望輸 出值yd(t)，給定初始控制輸入U()(t)，（t e [0，T])，T為控制周期，被控對象為連鑄機結(jié)晶 器；
[0012] (2)進行初始定位操作，使系統(tǒng)的初始狀態(tài)定位于xk(0)，初始輸出定位于y k(0);
[0013] (3)連鑄機結(jié)晶器按照初始控制輸入!!。⑴進行振動，到達uk(t)，（t e [0，τ])控 制被控對象，并開始重復(fù)操作，同時采樣并存儲系統(tǒng)輸出yk(t)，（t e [0, T]);
[0014] (4)外環(huán)控制器通過迭代學(xué)習(xí)控制器進行迭代計算，當(dāng)k次迭代計算時，uk(t) 控制輸入u k+1(t)通過引入前一次t時刻的控制輸入uk(t)和位移誤差量ek+1(t)= yd(t)_yk(t)獲得，前一次t時刻的控制輸入uk(t)存儲在控制存儲體中，通過學(xué)習(xí)律得到新 的控制輸入u k+1(t)，（t e [0，T])，存儲新的控制輸入；
[0015] (5)迭代計算中檢驗迭代停止條件，是否滿足條件：
[0016] I |yd(t)_yk(t) I I 彡 γ，（t e [0, T])
[0017] 其中，yd(t)是被控對象的期望輸出值，yk(t)被控對象的實際輸出值，γ為設(shè)定的 跟蹤精度，跟蹤精度要求為γ = 1〇_3。滿足迭代停止條件則停止運算學(xué)習(xí)，存入最后一次 運行數(shù)據(jù)，完成對結(jié)晶器振動控制的學(xué)習(xí)，保持結(jié)晶器再此狀態(tài)下進行振動；若不滿足迭代 停止條件，置k = k+Ι，并轉(zhuǎn)入步驟（2)重新進行學(xué)習(xí)直到滿足迭代停止條件。
[0018] 更進一步的，步驟（4)中所述的迭代學(xué)習(xí)控制器包含的學(xué)習(xí)律為閉環(huán)PID型學(xué)習(xí) 律，即采用第k次的控制輸入u k (t)，和第k+Ι次的位移誤差量ek+1 (t)，構(gòu)成第k+Ι次的控制 輸入uk+1 (t)，閉環(huán)PID學(xué)習(xí)律的表示形式為：
[0019]
【主權(quán)項】
1. 一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)，其特征在于：包括內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制 器；內(nèi)環(huán)控制器包括控制器、伺服閥放大器、伺服閥、液壓裝置、位移傳感器，所述的控制器、 伺服閥放大器、伺服閥、液壓裝置、位移傳感器依次連接并形成閉環(huán)，外環(huán)控制器包括期望 軌跡存儲器、迭代學(xué)習(xí)控制器、控制存儲體，期望軌跡存儲器和迭代學(xué)習(xí)控制器連接、迭代 學(xué)習(xí)控制器連接控制存儲體和控制器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)，其特征在于：所述 的控制器為數(shù)字PID型控制器。
3. 采用權(quán)利要求1所述的一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合控制系統(tǒng)的控制方法，包括以下步 驟： (1) 、設(shè)置k，k為連鑄機結(jié)晶器振動次數(shù)，置k = 0,給定并存儲被控對象的期望輸出值 yd(t)，給定初始控制輸入U()(t)，（t e [〇，T])，T為控制周期，被控對象為連鑄機結(jié)晶器； (2) 進行初始定位操作，使系統(tǒng)的初始狀態(tài)定位于xk(0)，初始輸出定位于yk(0); (3) 連鑄機結(jié)晶器按照初始控制輸入U()(t)進行振動，到達uk(t)，（t e [〇，T])控制被 控對象，并開始重復(fù)操作，同時采樣并存儲系統(tǒng)輸出yk(t)，（t e [〇，Τ]); (4) 外環(huán)控制器通過迭代學(xué)習(xí)控制器進行迭代計算，當(dāng)k次迭代計算時，uk (t)控制輸 入uk+1(t)通過引入前一次t時刻的控制輸入uk(t)和位移誤差量e k+1(t) =yd(t)_yk(t) 獲得，前一次t時刻的控制輸入uk (t)存儲在控制存儲體中，通過學(xué)習(xí)律得到新的控制輸入 uk+1(t)，（t e [〇，T])，存儲新的控制輸入； (5) 迭代計算中檢驗迭代停止條件，是否滿足條件： yd(t)-yk(t) I I ^ γ, (t e [0, T]) 其中，yd(t)是被控對象的期望輸出值，yk(t)被控對象的實際輸出值，γ為設(shè)定的跟蹤 精度，跟蹤精度要求為γ = ΚΓ3。滿足迭代停止條件則停止運算學(xué)習(xí)，存入最后一次運行 數(shù)據(jù)，完成對結(jié)晶器振動控制的學(xué)習(xí)，保持結(jié)晶器再此狀態(tài)下進行振動；若不滿足迭代停止 條件，置k = k+i，并轉(zhuǎn)入步驟（2)重新進行學(xué)習(xí)直到滿足迭代停止條件。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)的控制方法，其特征 在于：步驟（4)中所述的迭代學(xué)習(xí)控制器包含的學(xué)習(xí)律為閉環(huán)PID型學(xué)習(xí)律，即采用第k次 的控制輸入u k(t)，和第k+Ι次的位移誤差量ek+1 (t)，構(gòu)成第k+Ι次的控制輸入uk+1 (t)，閉 環(huán)PID學(xué)習(xí)律的表示形式為：
其中kp、kp kd為取小-乘法擬合后的系數(shù)，其中k P= 2. 17，k i= 4. 13，k d= 0· 04。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)的控制方法，其特征 在于：步驟（5)中所述的迭代停止條件為最大迭代次數(shù)n，當(dāng)達到最大迭代次數(shù)η時迭代停 止。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連鑄機結(jié)晶器的復(fù)合振動控制系統(tǒng)及其控制方法，屬于冶金控制領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括外環(huán)控制器和內(nèi)環(huán)控制器，括內(nèi)環(huán)控制器和外環(huán)控制器；內(nèi)環(huán)控制器包括控制器、伺服閥放大器、伺服閥、液壓裝置、位移傳感器依次連接并形成閉環(huán)，外環(huán)控制器包括期望軌跡存儲器、迭代學(xué)習(xí)控制器、控制存儲體，期望軌跡存儲器和迭代學(xué)習(xí)控制器連接、迭代學(xué)習(xí)控制器連接控制存儲體和控制器?？刂品椒ú襟E為：在外環(huán)控制器進行迭代學(xué)習(xí)控制、在內(nèi)環(huán)控制器內(nèi)引入PID控制過程，從而對連鑄機結(jié)晶振動系統(tǒng)進行復(fù)合控制，它在系統(tǒng)前饋環(huán)節(jié)上加入可靠性較高的PID控制器，系統(tǒng)的抗干擾性能強和魯棒性穩(wěn)定，迭代學(xué)習(xí)的收斂速度快，效率高。
【IPC分類】B22D11-16, B22D11-053
【公開號】CN104668493
【申請?zhí)枴緾N201510130253
【發(fā)明人】胡睿, 王建華, 郭玉杰, 賀詩嵐, 孫蓉琳
【申請人】安徽馬鋼工程技術(shù)集團有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月24日