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热轧纵切线的系统优化及张力控制建模的研究

作　者: 章海波
导　师: 王朝利
学　校: 东北大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 纵切线速度匹配软化特性模糊控制参数自调整 MATLAB
分类号: TG335.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

随着国民经济的发展,ERW(高频阻)焊钢、模具用钢等行业高速发展。为了提高产品的安全性和节省能源,国内外所有钢板已向着轻量化和高强度化发展,因此开发高强度板有着良好的发展前景。而纵切分条是高强度钢板生产的必要工序之一,某钢厂热轧精整纵切线为了适应生产的需求,必须对其老设备进行改造。本文以某钢厂热轧精整纵切线生产过程中存在的问题为背景,对纵切线关键设备采用功率测试、计算等手段,在对系统不进行大的改造基础上,通过改变其控制模式,采用速度匹配、重新建立张力控制模型的方式对系统进行优化,使其达到生产要求。同时,整条线的控制采用西门子S7—300、ET200S系列PLC及直流传动设备6RA70等构成了一个基于PROFIBUS-DP的分布式计算机控制系统。为了保证产品质量和生产过程的稳定。轧制工艺要求夹送辊与矫直机架间应保持稳定的张力。由于张力系统是一个非线性、时变的过程,用一套固定的PID参数不能很好的实现对系统的控制。模糊PID控制是智能控制的一种,其最大的优点是不依赖于被控对象的精确的数学模型,对调节对象的参数变化具有较强的鲁棒性,因而在电力拖动领域已有比较成熟的应用。基于以上原因,考虑到工程实用性,本课题就采用模糊PID控制作为传动系统的控制方案进行了深入的研究探讨。在控制算法中,采用“在线规则自调整”,大偏差时采用开关控制以提高动态响应速度；小偏差时采用模糊控制,利用模糊控制对系统参数变化的适应性来提高系统的控制性能,论文提出了“参数自调整模糊控制机制”的控制策略,并根据控制系统的性能来在线整定比例因子,使其取得合适的数值,从而使系统的性能达到令人满意的水平。最后,用MAIALB软件完成了控制系统的仿真,得出张力模型在不同策略下的响应曲线。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-14
  1.1 国内外热轧精整发展现状  10-12
  1.2 张力控制及其方法研究  12-13
  1.3 本课题的主要任务  13-14
第二章热轧精整纵切机组的工艺和设备  14-28
  2.1 纵切机组的现状分析  14-16
    2.1.1 机组主要设备传动设计能力及操作控制模式  14-15
    2.1.2 机组张力分配  15-16
  2.2 在线设备能力测试和初步计算分析  16-20
    2.2.1 纵切模式下的设备能力分析  16-17
    2.2.2 重卷模式下的设备能力分析  17-20
  2.3 机组原设计极限与现要求的比较  20-21
    2.3.1 机组原设计的极限数据  20
    2.3.2 ERW焊管生产原料要求  20-21
    2.3.3 ERW原料要求与原设计比较  21
  2.4 重要设备理论能力分析  21-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章系统改造方案总则及硬件设计  28-40
  3.1 技术指标及要求  28
  3.2 研究内容及技术方案研究  28-32
    3.2.1 入口夹送辊直流传动系统改造和优化  28
    3.2.2 纵切线现有电气控制系统的优化  28-32
  3.3 系统硬件设计  32-37
    3.3.1 PLC主站  32-33
    3.3.2 Profibus-DP总线系统  33
    3.3.3 西门子直流控制器6RA70  33-36
    3.3.4 分布式I/O从站  36
    3.3.5 Profibus总线及其接口  36-37
    3.3.6 通讯模块CBP2  37
    3.3.7 人机界面  37
  3.4 多电机同步系统的设计及原理分析  37-39
    3.4.1 单台电机调速系统机构设计  38-39
    3.4.2 多电机同步传动系统  39
  3.5 本章小结  39-40
第四章带钢纵剪张力控制  40-48
  4.1 张力产生的机理  40-41
  4.2 热轧纵切线恒线速度张力控制模型建立  41-47
    4.2.1 电机控制张力的方法分析  42-43
    4.2.2 对象电机数学模型  43-44
    4.2.3 调节器参数整定  44-47
  4.3 本章小结  47-48
第五章带钢张力模糊自整定PID控制  48-70
  5.1 常规PID控制算法  48-51
    5.1.1 经典PID控制方法  48-49
    5.1.2 数字PID控制算法  49-50
    5.1.3 PID控制的特点  50-51
  5.2 模糊控制系统的基本概念  51-53
  5.3 模糊控制系统的组成  53
  5.4 模糊控制策略  53-55
  5.5 模糊PID控制器的设计  55-62
    5.5.1 模糊PID控制器的结构选择  55
    5.5.2 带钢张力输入输出论域和语言变量的选择及其隶属度函数  55-58
    5.5.3 建立带钢矫直张力PID参数模糊调整模型  58-62
    5.5.4 量化因子和比例因子的选择  62
  5.6 带钢张力PID及模糊自整定PID仿真模型  62-65
  5.7 仿真结果与分析  65-68
  5.8 本章小结  68-70
第六章总结与展望  70-72
参考文献  72-76
致谢  76-78
攻读硕士期间参与的项目  78

热轧纵切线的系统优化及张力控制建模的研究

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