【正文】 言 12文獻綜述 2 AGC研究進展 2 PID控制方法研究現(xiàn)狀 3 4 63軋鋼厚度誤差分析及控制原理 8 8 9 9 12 13 144液壓AGC數(shù)學(xué)模型 17 17 18 19 21 21 22 AGC系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)模型 225單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制及仿真 24 24 24 26 27 28 29 30 34 35 36結(jié)　　論 41參 考 文 獻 42附 錄A外文原文 43附 錄B外文譯文 71附 錄C程序部分 88致　　謝 97 98 1引言從1924年美國在阿斯蘭建設(shè)的1470mm帶鋼熱連軋和1926年在巴特勒建設(shè)的1070mm帶鋼熱連軋機起，帶鋼熱連軋機已經(jīng)有將近80年的發(fā)展史了。因為帶鋼熱連軋生產(chǎn)的高效率、高經(jīng)濟性，帶鋼在經(jīng)濟生活中，有廣泛的用途，因而在軋鋼生產(chǎn)中發(fā)展得最為迅速，而且也是各種新技術(shù)應(yīng)用最為廣泛的一個領(lǐng)域。近年來，近終形連鑄技術(shù)飛速發(fā)展，世界上第一套薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線于1989年在美國Nucor公司投產(chǎn)，帶鋼鑄軋也取得了突破性的發(fā)展。我國的很多中小板材生產(chǎn)企業(yè)的冷軋機生產(chǎn)線都是通過簡單的電控系統(tǒng)，有的甚至僅靠手工來完成對板材的厚度控制，精度根本達不到要求。為了使板厚達到預(yù)定要求，對軋制壓力、壓力位置和板材上張力，必須進行適時適量的變化。X射線測厚儀的出現(xiàn)，為以后厚度自動控制系統(tǒng)的迅速發(fā)展和板厚控制精度的提高創(chuàng)造了良好的條件。AGC正是針對上述市場需要產(chǎn)生的。各種AGC系統(tǒng)的成功使用，在很大程度上取決于硬件技術(shù)的進步。通過建立數(shù)學(xué)模型，利用單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制，再用MATLAB及Simulink仿真技術(shù)實現(xiàn)帶鋼熱連軋技術(shù)，提高技術(shù)指標(biāo)。對企業(yè)順利達產(chǎn)達效和提高產(chǎn)品競爭力有重要意義，對提高國民經(jīng)濟效益具有非常重大的現(xiàn)實意義，對國家鋼鐵工業(yè)在世界地位有不可或缺的意義。 AGC研究進展厚度自動控制系統(tǒng)(AGC)，是英國鋼鐵協(xié)會于20世紀(jì)40年代末50年代初發(fā)明的，該方法稱之謂BIRAAGC。BISRAAGC控制模型中只有軋機參數(shù)M，沒有軋件參數(shù)Q，從理論上講是不完備的。即使采用自適應(yīng)技術(shù)，利用實測數(shù)據(jù)重新計算模型參數(shù)，但由于模型本身結(jié)構(gòu)的限制，也難于適應(yīng)實際生產(chǎn)過程。上個世紀(jì)70年代，厚度控制系統(tǒng)大多是這類系統(tǒng)，而且是采用前饋控制和測厚儀信號反饋控制軋機壓下或軋機入口側(cè)帶鋼張力的AGC系統(tǒng)[1]。模擬線路。自從70年代液壓厚控技術(shù)（液壓AGC）的應(yīng)用使板厚技術(shù)產(chǎn)生重大變革[2]。上個世紀(jì)80年代，在用現(xiàn)代控制理論的基礎(chǔ)上，利用電子技術(shù)與計算機技術(shù)相結(jié)合，對上述2類AGC系統(tǒng)進一步加以改進，形成了GMAGC系統(tǒng)或BISRAAGC系統(tǒng) [4] [5] 。這樣就不存在軋輥中心到測厚儀的傳輸滯后時間了，從而提高了系統(tǒng)性能，獲得普遍應(yīng)用。流量AGC國外上個世紀(jì)70年代就成功地應(yīng)用在冷軋機上，上個世紀(jì)80代開始在可逆冷軋機上應(yīng)用，國外已經(jīng)發(fā)展了181。80年代末至今，板厚控制技術(shù)向著大型化、高速化、連續(xù)化的方向發(fā)展，成為板厚技術(shù)發(fā)展的新階段。在過程控制級的控制中，一方面采用最優(yōu)控制、多變量控制、自適應(yīng)控制、預(yù)測控制等控制理論的最新成果，以追求控制性能的更高水平。在軋制領(lǐng)域內(nèi)，過程控制技術(shù)以板厚及張力控制為主要代表，在這些控制中，充分采用多年來控制理論的新成果，在高速控制器上構(gòu)筑控制系統(tǒng)，使壓下AGC和速度AGC互不干涉，AGC和ATC互不干涉，最大限度的發(fā)揮液壓壓下裝置的作用。5%以內(nèi)[7]。自Zigeler、Nihcols提出PID參數(shù)整定方法起，許多技術(shù)已經(jīng)被用于PID控制器的手動和自動參數(shù)整定。40至50年代PID控制器主要用于單變量系統(tǒng)的反饋控制，基本原理是按誤差進行調(diào)節(jié)。有的方法是基于閉環(huán)系統(tǒng)的響應(yīng)曲線、頻率特性或者是誤差性能來調(diào)節(jié)PID參數(shù)，例如ZN法、臨界靈敏度法、基于兩點交叉的PID參數(shù)整定規(guī)則、ISTE最優(yōu)設(shè)定法、基于增益優(yōu)化的整定法、繼電器法[9]等?；诒豢剡^程對象參數(shù)辨識的整定方法是利用辨識算法得出對象的數(shù)學(xué)模型, 在此基礎(chǔ)上用整定算法對控制器參數(shù)進行整定[10]。為此，人們做了更進一步的研究。提出了基于狀態(tài)反饋的控制，繼而又對基于狀態(tài)反饋控制器的最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制和魯棒控制等進行了大量和深入仔細的研究，形成了系統(tǒng)的理論體系，但由于它對微分方程數(shù)學(xué)模型過分依賴，控制算法過于復(fù)雜，因而可實現(xiàn)性較差[8]。智能控制是人工智能技術(shù)與控制理論的交叉，它具有以下特點：能為復(fù)雜系統(tǒng)（如非線性、快時變、多變量、強耦合、不確定性等）進行有效的全局控制，并具有較強的容錯能力；定性決策和定量控制相結(jié)合的多模態(tài)組合控制；從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來分析和綜合系統(tǒng)，以實現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)，并具有自組織能力；同時具有以知識表示的非數(shù)學(xué)廣義模型和以數(shù)學(xué)表示的數(shù)學(xué)模型的混合控制過程，系統(tǒng)在信息處理上，既有數(shù)學(xué)運算，又有邏輯和知識推理[11]。例如文獻[12]中歸納了將模糊控制算法應(yīng)用于PID控制的控制器的基本形式和影響模糊控制理論發(fā)展的幾個重要問題。除此之外，還有基于專家系統(tǒng)的PID控制，自適應(yīng)PID控制等。智能控制理論的應(yīng)用成果和理論發(fā)展說明了智能控制正成長為自動控制的前沿學(xué)科之一。近年來，隨著帶鋼熱連軋技術(shù)的迅速發(fā)展，我國已相繼建成（包括在建的）24條寬帶鋼熱連軋及18條中寬帶熱連軋自動化生產(chǎn)線。 板帶冷熱軋的厚度精度一直是提高產(chǎn)品質(zhì)量的主要目標(biāo)。模擬AGC系統(tǒng)在計算機控制應(yīng)用之前已經(jīng)開始發(fā)展，而冶金工業(yè)第一套計算機控制系統(tǒng)（1960年）即用于熱連軋精軋機組的厚度設(shè)定[15]。因此近年來各國都積極應(yīng)用計算機仿真技術(shù)（經(jīng)1979年自動化學(xué)會在煙臺召開的仿真學(xué)術(shù)交流會確定Simulation譯為仿真，analog譯為模擬），來進行研究 。然而實際工業(yè)生產(chǎn)過程往往具有非線性、時變性、不確定性，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用常規(guī)PID控制器不能達到理想的控制效果，而且在實際生產(chǎn)現(xiàn)場中，由于受到參數(shù)整定方法繁雜的困擾，常規(guī)PID控制器參數(shù)往往整定不良、性能欠佳，對運行工況的適應(yīng)性很差。采用智能控制技術(shù)，可設(shè)計智能PID和進行PID的智能整定。本文通過參考大量厚度控制相關(guān)文獻，建立了熱軋帶鋼液壓AGC系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，引進智能控制理念，將單神經(jīng)元PID控制方法應(yīng)用到以厚度控制中，對熱軋帶鋼的厚度控制進行了神經(jīng)元PID控制器設(shè)計，在實驗室進行仿真驗證其可行性。第2章：文獻綜述，通過查閱相關(guān)文獻，介紹了AGC研究進展，PID控制方法研究現(xiàn)狀以及自動厚度PID控制狀況。第4章：液壓AGC數(shù)學(xué)模型，液壓系統(tǒng)作為熱軋帶鋼厚度控制的主要手段，本章主要研究液壓壓上系統(tǒng)，結(jié)合工程工藝參數(shù)，進行理論推導(dǎo)，建立數(shù)學(xué)模型，求出其傳遞函數(shù)，為設(shè)計熱軋帶鋼厚度控制器提供模型依據(jù)。還介紹了單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制，包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的基本原理、單神經(jīng)元自適應(yīng)PID控制器和單神經(jīng)元PID控制器的學(xué)習(xí)規(guī)則、設(shè)計步驟及其參數(shù)選擇規(guī)則，并且仿真。由于引起帶鋼厚度偏差的因素是很復(fù)雜的，為了更好地消除帶鋼厚度的偏差精度，需要對其產(chǎn)生的原因進行分析，以便針對不同的原因采取不同的對策。引起帶鋼厚度偏差的因素是很復(fù)雜的，為了更好地消除帶鋼厚度的偏差精度，需要對其產(chǎn)生的原因進行分析，以便針對不同的原因采取不同的對策。這包括來料頭尾溫度不均、水印、來料尺寸不均以及化學(xué)成分偏析等。因為由溫度波動引起的厚度偏差具有重發(fā)性，在每一個機架都會產(chǎn)生厚度偏差，而這個厚度偏差如果得不到消除又將引起下一機架的來料厚度的變化，由此又產(chǎn)生新的厚度偏差，這樣的累積將導(dǎo)致帶鋼產(chǎn)生嚴重的厚度偏差。帶坯縱向的溫度變化對帶鋼厚度波動的影響，主要是通過對金屬變形阻力和摩擦系數(shù)產(chǎn)生影響，從而引起厚度偏差。 軋件尺寸的影響包括來料厚度不均勻和來料寬度不均勻兩方面。 (2)軋機方面的原因 熱帶鋼連軋機都采用低速穿帶，待卷取機卷入帶鋼后再同步加速至高速，進行升速軋制。 (3)張力變化的原因 當(dāng)帶鋼尾部離開各架軋機時，張力消失，使軋制壓力突然增加，造成臺階形厚差。但在穿帶和拋鋼時，帶鋼頭部和尾部所受張力的作用是逐漸加大和減小的，因此，張力變化也將引起厚度的變化。 此外，控制系統(tǒng)所用儀表等設(shè)備的精度、液壓伺服閥的死區(qū)等因素也對帶鋼厚度精度造成影響。實現(xiàn)厚度自動控制的系統(tǒng)稱為AGC(Auto Gauge Control)。各種AGC是實現(xiàn)壓下控制系統(tǒng)的厚度誤差指標(biāo)的關(guān)鍵。 。否則出現(xiàn)厚度偏差，這時便將它反饋給厚度自動控制裝置，變換為輥縫調(diào)節(jié)量的控制信號，輸出給壓下電動機帶動壓下螺絲做相應(yīng)的調(diào)節(jié)來消除此厚度偏差。所以必須找出與之間的關(guān)系，－H曲線來分析說明。為了消除帶鋼的厚度偏差品，必須使輥縫移動的距離。當(dāng)和為一定值時，即為常數(shù)，則與成正比關(guān)系。 與的比值稱為壓下效率，它表示壓下螺絲位置的改變量到底有多大一部分能反映到軋出厚度的變化上。也就是說，雖然壓下螺絲往下移動了不少距離，但實際軋出厚度卻經(jīng)常未見減薄多少。在實際生產(chǎn)過程中，由于考慮到軋機結(jié)構(gòu)的限制、測厚儀的易維護性以及防止帶鋼斷裂造成測厚儀的損壞，一般將其裝設(shè)在離產(chǎn)生厚差輥縫較遠的地方，這樣就造成了測厚的滯后性，不能及時的反映出帶鋼厚度的變化，結(jié)果使得整個厚度控制系統(tǒng)存在一個滯后時間τ。由于存在時間滯后，這種按比值進行厚度控制的系統(tǒng)很難進行穩(wěn)定的控制。但是該系統(tǒng)對于來料階段性波動和儀器漂移能夠最終加以消除。在軋制過程中，任何時刻的軋制壓力和空載輥縫值都可以通過檢測元件檢測到，因此，可以利用彈跳方程計算出任何時刻的實際軋出厚度。根據(jù)軋機彈跳方程測得的厚度和厚度偏差信號進行厚度自動控制的系統(tǒng)稱為厚度計式AGC(簡稱GMAGC)。為了消除厚差，輥縫調(diào)節(jié)量應(yīng)為： （33）式中，——軋機剛度系數(shù)； ——軋件塑性系數(shù)。但是，對于計算機運算、執(zhí)行及壓下系統(tǒng)等的時間滯后是不能消除的，所以，這種控制方式從本質(zhì)上來說仍然是反饋式的。前饋式AGC不是根據(jù)本機架實際軋出厚度的偏差值來進行厚度控制，而是在軋制過程尚未進行之前，預(yù)先測定出來料厚度偏差，再傳送給本架軋機，在預(yù)定時間內(nèi)提前調(diào)整壓下機構(gòu)，以便保證目標(biāo)厚度的精度。在得到輥縫調(diào)節(jié)量之后，根據(jù)該檢測點進入本機架的時間和的調(diào)整所需時間，提前對本機架進行厚度控制，使得厚度控制點正好是的檢測點。由以上各式得到輥縫調(diào)節(jié)量后，根據(jù)該檢測點進入本機架的時間和的調(diào)整所需時間，提前對本機架進行厚度控制，使厚度控制點恰好就是的檢測點。隨著前饋式AGC的廣泛應(yīng)用和厚度控制研究的深入，前饋的信號已經(jīng)不局限于來料厚度的偏差，還增加了來料溫度偏差信號。所謂的變剛度控制方式就是在引入了等效軋機剛度系數(shù)之后，來設(shè)法改變這個等效軋機剛度系數(shù)而達到厚度控制目的的厚度控制方式，因此可以將這種通過調(diào)節(jié)等效軋機剛度系數(shù)來實現(xiàn)厚度控制目的系統(tǒng)稱為變剛度AGC。在厚度自動控制的軋機上，往往用機座當(dāng)量剛度系數(shù)來表示機座的當(dāng)量剛度。其數(shù)學(xué)描述方式為： （36）式中，——軋制力的波動量；——軋件的厚度偏差。對軋機彈跳方程： （37）對式(37)兩邊同時微分，可得出軋件厚度偏差： （38）將式(38)代入式(36)中，則可得出機座當(dāng)量剛度與輥縫變化量的關(guān)系為： （39）由式(39)可見，機座當(dāng)量剛度系數(shù)與輥縫變化量和機座彈性變形波動量有關(guān)。由此式可以得出，只要改變輥縫調(diào)節(jié)系數(shù)，就可改變機座的當(dāng)量剛度系數(shù)。 4液壓AGC數(shù)學(xué)模型液壓上系統(tǒng)作為熱軋帶鋼厚度控制的主要手段，本章主要研究液壓壓上系統(tǒng)，結(jié)合工程工藝參數(shù)，進行理論推導(dǎo)，建立數(shù)學(xué)模型，求出其傳遞函數(shù)，為設(shè)計熱軋帶鋼厚度控制器提供模型依據(jù)。正是由于液壓壓下具有響應(yīng)快速的特點，因此它在厚度控制中對提高成品帶鋼的精度有很大的現(xiàn)實意義。甚至可以做到在軋制過程中的實際輥縫值固定不變，即“恒輥縫控制”，從而保證了實際軋出厚度不變。液壓AGC系統(tǒng)的基本類型一般有模擬式、數(shù)字式、數(shù)?；旌鲜胶陀嬎銠C控制式，主要功能是實現(xiàn)壓下位置自動控制的液壓APC(Automatic Position Control)系統(tǒng)和板厚自動控制的液壓AGC(Automatic Gauge Control)系統(tǒng)。伺服閥具有高度非線性特點，其輸出流量的線性化方程為： （41） （42）式中,——伺服閥的空載流量；——輸入電流信號； ——伺服閥的靜態(tài)流量放大系數(shù)(即在一定的供油壓力下，伺服閥額定流量與額定電流的比值，也稱流量增益)；——伺服閥的壓力流量放大系數(shù)；——負載壓力變化。伺服閥固有頻率可從伺服閥制造廠提供的頻率響應(yīng)曲線獲得。傳遞到油缸內(nèi)的總體積是流量乙級的積分，而控制容積的實際變化量是： （46） （47） （48）式中,——傳遞到油缸內(nèi)油液的總體積；——控制容積中油液的壓縮量； ——控制容積中油液的泄漏量；——液壓缸活塞的位移；——液壓缸活塞面積；