多约束条件下冷带轧机速度张力及压下系统分散优化控制研究

Maintaining constant tension of rolling mill and ensuring the screwdown control precision of working roll are the effective measures to solve the quality problem of gauge and shape of strip quality. In fact, the speed tension and screwdown system of reversible cold strip rolling mill are characterized by multivariate, nonlinear, strong coupling and time-varying, and along with multi-constraint conditions such as control system input saturation, maximum acceleration/deceleration of the main drive, heavy load and strong interference in the rolling process, and so on, put forward new challenges to the analysis and control of rolling mill system. This project focuses on the study of decentralized optimal control problem for the speed tension and screwdown system of cold strip rolling mill under multi-constraint conditions: firstly, combined with the development trend of rolling equipments, the driving unit of rolling mill drive system is replaced by DC motor for AC motor, and refer to the strip steel rolling production process, build the dynamic model for the speed tension and screwdown system of cold strip rolling mill driven by AC motor; next, study the decentralized controller design and controller parameter intelligent optimization problems for the rolling mill system under multi-constraint conditions, so as to ensure the safe and efficient production of cold strip rolling mill, and get rid of the dependence on the designer's subjective experiences when setting the controller parameters; finally, the simulation experiment researches will be carried out on the 650mm reversible cold rolling mill platform in the laboratory, so as to verify the feasibility of the proposed control algorithms. The research results are expected to provide new theoretical support for the practical cold strip mill system.

维持轧机张力恒定和保证工作辊压下控制精度是解决带钢板形板厚品质问题的有效手段。而实际中可逆冷带轧机速度张力及压下系统具有多变量、非线性、强耦合和时变等特征，并且连同控制系统输入饱和、主传动最大加减速、轧制过程重载荷强干扰等约束条件给轧机系统的分析与控制提出了新的挑战。本项目聚焦于研究多约束条件下冷带轧机速度张力及压下系统的分散优化控制问题：首先结合轧钢设备的发展趋势，将轧机传动系统的驱动单元由直流电机替换为交流电机，并参照带钢轧制的生产工艺，建立交流电机驱动的冷带轧机速度张力及压下系统的动态模型；其次研究多约束条件下轧机系统分散控制器设计及其控制参数智能优化问题，确保冷带轧机安全高效生产，并摆脱控制器参数整定对设计者主观经验的依赖；最后在实验室的650mm可逆冷轧机平台上进行模拟实验研究，验证所提控制算法的可行性。本项目的研究有望为实际中的冷带轧机系统提供新的理论支撑。

维持轧机张力恒定和保证工作辊压下控制精度是解决带钢板形板厚品质问题的有效手段。而实际中可逆冷带轧机速度张力及压下系统具有多变量、非线性、强耦合和复杂时变等特征，并且连同控制系统输入饱和、主传动最大加减速、轧制过程重载荷强干扰等约束条件给轧机系统的分析与控制提出了新的挑战。本项目聚焦于多约束条件下冷带轧机速度张力及压下系统的分散优化控制问题，主要研究内容如下：1）多约束条件下冷带轧机速度张力及压下系统分散控制器设计；2）交流电机位置/速度控制、电液伺服控制；3）智能优化算法及控制器参数优化设计；4）故障诊断与容错控制基础理论研究；5）模拟实验平台的搭建与完善及部分所提控制算法的模拟实验研究。本项目组在执行期内较好地完成了预定的研究目标，取得的研究成果如下：.1. 基础理论研究方面：在国内外相关领域的重要刊物和学术会议上发表学术论文38篇，其中SCI收录论文17篇，EI收录论文17篇；申请发明专利1项（已公开）。所取得的基础理论研究成果对于削弱可逆冷带轧机速度、张力和压下间的耦合，提高系统的动、静态性能，增强系统的鲁棒稳定性能，充分发挥所提算法的控制潜能具有重要的理论意义；对于促进多变量耦合系统控制理论的发展与完善，为类似多变量系统的相关控制问题提供新的研究思路和解决方案具有重要的学术意义。.2. 模拟实验研究方面：搭建了一套基于dSPACE的半物理仿真实验平台，并对本项目部分所提控制算法在实际中应用的有效性和可行性进行了验证，取得了预期的实验结果，缩短了基础理论研究与实践应用间的距离，为实际中的电机控制系统提供了有价值的技术经验和理论依据。.3. 人才培养方面：在本项目资助下，培养了博士生1名，硕士生6名；项目负责人刘乐和参加人呼子宇晋升为副教授职称；目前有在读博士生3名，硕士生9名继续从事与本项目相关的延续性研究工作。