可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的建模及分散控制

针对具有多变量、非线性、强耦合和不确定性的可逆冷带轧机速度张力系统,提出了一种基于扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的全局积分滑模自适应反步分散控制方法.首先,采用机理建模方法,建立了相对完备的可逆冷带轧机速度张力多变量耦合系统的数学模型.其次,将各子系统的耦合项和不确定项看成外扰,通过构造的ESO对其进行动态观测,并分别引入所设计的全局积分滑模自适应反步控制器中进行补偿,速度张力系统实现了有效的动态解耦和协调控制.理论分析表明,所提出的控制方法能够保证滑模面的渐近稳定和闭环系统的渐近跟踪性能.最后,基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真,结果验证了所提方法的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力系统的模糊自适应动态面反步控制

研究了基于动态面反步控制和模糊自适应逼近的可逆冷带轧机速度张力系统直接反馈线性化(direct feedback linearization,DFL)动态解耦控制问题.首先,通过构造非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer,NDO)削弱了模型中非匹配不确定项对系统性能的影响,进而应用DFL理论实现了速度张力非线性耦合系统的动态解耦和线性化;其次,将反步控制与动态面控制相结合完成了解耦后速度张力各线性子系统控制器的设计,且有效避免了反步控制中的"微分爆炸"现象;再次,采用模糊自适应方法对所设计控制器中的匹配不确定项进行了逼近估计,有效地提高了速度张力系统的跟踪控制精度;稳定性分析结果表明,可逆冷带轧机速度张力系统是一致最终有界的.最后,基于工业现场的实际数据进行仿真对比研究,仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力系统的分散重叠控制

针对可逆冷带轧机速度张力系统的耦合和协调控制问题,提出了速度张力分散重叠控制方法.该方法首先利用包含原理和重叠结构分解,扩展原系统的状态空间,得到多个解耦的重叠子系统,并应用线性二次型(LQ)最优控制和顺序设计方法,设计各子系统的控制律.其次,将所设计的控制律收缩至原系统的状态空间,得到原系统的控制器.最后对某1422mm可逆冷带轧机的速度张力控制系统进行了仿真研究.结果表明,本文所提出的速度张力分散重叠控制方法能有效弱化速度与张力间的耦合,实现主轧机与左、右卷取机间的协调控制,同时改善了张力控制系统的动态性能,保证了轧机升降速时的张力控制精度.     

基于非奇异快速终端滑模的轧机液压伺服位置系统反步控制

针对具有非线性、参数不确定性和未知负载扰动的非对称缸轧机液压伺服位置系统,提出一种基于模糊自适应观测器和非奇异快速终端滑模面的反步控制方法.首先,基于非奇异快速终端滑模面和双幂次趋近律完成非对称缸轧机液压伺服位置系统反步控制器的设计,并通过构造二阶滑模滤波器对虚拟控制量的微分信号进行估计,有效地避免了反步控制中的微分爆炸现象;然后,选用模糊自适应观测器对系统的不确定项进行逼近估计,并将输出的估计值引入到设计的控制器中进行补偿,有效地提高了系统的跟踪控制精度,且分析表明,所提出的控制方法能够保证闭环系统全局渐近稳定;最后,基于某650mm可逆冷带轧机液压伺服位置系统的实际参数进行仿真研究,并与常规线性滑模控制方法相比较,结果验证了所提出方法能够有效提高系统在整个全局过程的收敛速度和鲁棒稳定性.     

基于Hamilton理论的可逆冷带轧机速度张力系统无张力计控制

基于反馈耗散Hamilton理论研究了可逆冷带轧机速度张力系统的无张力计控制问题. 首先,对系统速度张力外环(主轧机速度环和左、右卷取机张力控制环)进行预反馈控制, 并采用反馈耗散Hamilton理论完成了速度张力外环控制器的设计. 其次, 为了实现系统的无张力计控制及对摄动参数的自适应估计, 基于"扩张系统+反馈"方法完成了系统速度张力外环自适应状态观测器的设计. 再次, 为了实现可逆冷带轧机主轧机速度和左、右卷取机张力间的协调控制及对外扰不确定项的干扰抑制, 基于backstepping方法完成了系统电流内环鲁棒控制器的设计. 理论分析表明, 所提出的控制方法能够保证闭环系统的鲁棒稳定性. 最后, 基于某1422mm可逆冷带轧机速度张力系统的实际数据进行仿真, 并同串级PI控制方法相比较, 结果验证了本文所提方法的有效性.     

可逆冷带轧机速度张力系统的耗散Hamilton 控制

研究基于侵入与不变流形(I&I)自适应方法和非线性干扰观测器(NDO)的可逆冷带轧机速度张力系统耗散Hamilton控制问题。首先采用I&I自适应方法估计系统的摄动参数;其次,通过预反馈建立系统速度张力外环的耗散Hamilton模型,并利用互联和阻尼配置以及能量整形方法设计耗散Hamilton控制器;再次,选用NDO对系统电流内环的外扰进行观测,并引入设计的积分滑模控制器中进行补偿;最后将该方法应用于某1422 mm可逆冷带轧机速度张力系统中进行仿真,结果验证了所提出方法的有效性。     

导弹交流电动舵机的非线性解耦控制与仿真

针对交流电动舵机系统非线性,多变量和强耦合的特性,提出了一种基于微分几何方法和变结构控制理论的非线性解耦控制方法。建立了交流电动舵机的非线性模型,利用微分几何理论,通过对系统进行微分同胚变换和反馈变换,实现了非线性系统的精确线性化和输入/输出解耦,并针对电动舵机系统参数摄动和负载扰动的特点,利用指数趋近律设计了电动舵机的变结构控制器。仿真结果表明不仅可以有效地实现交流电动舵机系统的非线性解耦,具有良好的静、动态特性。     

基于Hamilton理论的冷带轧机速度张力系统非奇异 快速终端滑模控制

针对交流异步电机驱动的冷带轧机速度张力系统的跟踪控制问题,给出一种基于Hamilton理论的非奇异快速终端滑模控制器设计方法.首先,设计了一种新型扰动观测器对系统中由参数摄动和负载扰动引起的不确定项进行观测;其次,通过预反馈控制建立了冷带轧机系统速度张力磁链外环的耗散Hamilton模型,进而基于互联–阻尼配置及能量整形方法完成耗散Hamilton控制器的设计;再次,基于串级控制思想完成了冷带轧机系统电流内环非奇异快速终端滑模控制器的设计.通过理论分析证明了所提控制方法能够保证闭环系统全局稳定.最后,基于某交流异步电机驱动的冷带轧机系统的现场实际数据进行仿真对比研究,仿真结果验证了本文所提方法的有效性.     

一种离散系统滑模双幂次趋近律设计

在控制理论的研究中,离散系统的滑模变结构控制是控制理论所关注的重要问题,其中趋近律与控制器的设计直接影响系统稳定性及动态性能.为了解决传统趋近律存在系统抖振、动态过程过渡较慢等问题,提出一种基于神经网络的离散系统双幂次趋近律,并设计了相应滑模控制器.经理论证明,该趋近律可以有效抑制系统抖振、加快动态趋近速度并增强系统鲁棒性.通过与单幂次趋近律以及传统双幂次趋近律仿真对比,趋近律具有较快收敛速度并且系统在基于趋近律设计的控制器控制下,动态性能得到明显改善.     

基于指数趋近律的非奇异Terminal滑模控制

针对一类二阶非线性不确定系统,分析了传统Terminal滑模控制的奇异问题和Terminal滑模控制的调整时间问题.为改善到达滑模面的速度,结合趋近律思想,提出了基于指数趋近律的非奇异Terminal滑模控制器的设计方法和两种新的控制律,在克服奇异问题的基础上提高了系统的收敛速度,缩短了调整时间.仿真结果表明,所设计的控制律可使系统在较短时间内收敛到平衡点,表明了该方法的有效性.     

Decoupling control based on terminal sliding mode and wavelet network for the speed and tension system of reversible cold strip rolling mill

To weaken the nonlinear coupling influences among the variables in the speed and tension system of reversible cold strip rolling mill, a novel dynamic decoupling control strategy is proposed based on nonsingular fast terminal sliding mode (NFTSM) and wavelet neural network (WNN). First, nonlinear disturbance observers are developed to counteract the mismatched uncertainties, and then input/output dynamic decoupling and linearisation for the speed and tension nonlinear coupling system are realised by utilising the inverse system theory. Second, nonsingular fast terminal sliding mode controller (NFTSMC) for each pseudo linear subsystem is presented based on backstepping and two-power reaching law, so as to improve the global convergence speed and robust stability of the system. Third, adaptive WNNs are used to approximate the uncertain items of the system, so as to improve the control precision of the speed and tension of reversible cold strip rolling mill. Theoretical analyses show that the NFTSMs satisfy reachability condition, the system error variables can converge to equilibrium point in finite time, and the resulting closed-loop system is globally asymptotically stable. Finally, simulation research is carried out on the speed and tension system of a 1422 mm reversible cold strip rolling mill by using the actual data, and results show the superiority of the proposed control strategy in comparison with the strategies of cascade PI, linear sliding mode control and internal model control.     

Neural Network Dynamic Surface Backstepping Control for the Speed and Tension System of Reversible Cold Strip Rolling Mill

To weaken the influences of uncertainties and system coupling items on the coordinated tracking control performance of the speed and tension system of a reversible cold strip rolling mill, a control strategy is proposed based on nonlinear disturbance observers (NDOs), dynamic surface backstepping control, and neural network adaptive approximation. First, the transformation form of the system model is given, and then NDOs are developed to counteract the unmatched uncertainties. Next, controllers for the speed and tension system are presented by combining backstepping with dynamic surface control. Again, the neural network adaptive method is used to approximate the matched uncertainties of the system, and the approximation values are introduced into the designed controllers for compensation. Finally, simulation research is carried out on the speed and tension system of a 1422 mm reversible cold strip rolling mill by using the actual data, and the results show the validity of the proposed control strategy in comparison with the decentralized overlapping control strategy.     

活套系统的神经网络离散变结构控制

针对带钢热连轧中活套系统的解耦控制问题,提出了神经网络交结构多变量解耦控制方法.通过将活套高 度和张力复合控制系统看成高度和张力两个独立的控制系统,将二者的耦合关系当作扰动来处理,根据全阶滑模交 结构控制理论,分别对这两个系统设计控制器.利用两个径向基神经网络来保证滑态可达条件的满足.最后用 Matlab对活套多变量耦合控制系统进行仿真研究,结果表明解耦后的活套控制系统可获得更好的控制效果.     

非匹配不确定系统的滑模控制及在电机控制中的应用

针对具有匹配与非匹配不确定的非线性系统,设计基于干扰观测器和多幂次趋近律的滑模控制策略.首先,通过干扰观测器估计系统的不确定,实现估计误差在有限时间内收敛;其次,基于积分型滑模面,并结合多幂次趋近律,设计了连续滑模控制律,避免了传统滑模的抖振问题.与基于单幂次和双幂次趋近律的滑模控制策略相比,所设计的基于多幂次趋近律的控制策略,提高了系统的收敛速度.最后,通过数值仿真和永磁同步电机控制仿真验证了所设计的控制策略的有效性.     

快速收敛的非线性SISO系统变结构控制设计

讨论了SISO非线性系统的两种滑模变结构控制设计.分别从线性滑模的趋近率及非线性滑模设计提出了新的方法及相应控制方案.文中设计的线性滑模趋近率,其趋近速度及滑动状态随系统状态变化而变化;非线性滑模从系统收敛速度及动静态性能综合考虑进行了设计.研究结果表明,相比于终端滑模,系统具有显著的快速性,并具有良好的动静态性能.最后通过三个仿真实例验证了该方案的有效性.     

基于新型趋近律的双定子电机控制系统研究

为了提高双定子永磁无刷(DS-PMBL)电机调速系统的动态品质,在纯指数趋近律的基础上,结合终端吸引因子与系统状态变量的幂函数,进而提出一种新型的趋近律,有效抑制了滑模控制抖振,显著提高滑模趋近速度.以该新型趋近律为基础,设计了DS-PMBL电机的数学模型与滑模速度跟踪控制器,采用id=0的矢量控制方法确定DS-PMBL电机的动态性能,并与常规指数趋近律进行仿真比较.结果表明,提出的改进控制系统与传统的控制方法相比,提高了滑模趋近速度,减小了抖振,明显地提高了系统的动态特性与鲁棒性.