改進型Smith算法在熱連軋機厚度系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

顧 波，魏 偉，白 晶

(1.沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院， 遼寧 沈陽110000;2.北華大學(xué), 吉林 吉林 132021)

改進型Smith算法在熱連軋機厚度系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

顧 波1，魏 偉1，白 晶2

(1.沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院， 遼寧 沈陽110000;2.北華大學(xué), 吉林 吉林 132021)

針對預(yù)測外推數(shù)據(jù)處理算法沒有完全補償,由于監(jiān)控AGC控制測量方式而引起的純滯后時間問題，本文提出改進型Smith算法的策略，進一步解決了由于純滯后，程序算法和執(zhí)行機構(gòu)滯后時間引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性能和動態(tài)性能變差，而導(dǎo)致的帶材厚度精度波動問題。仿真結(jié)果表明了改進型Smith算法的有效性，其成果對有色冶金行業(yè)提高帶材質(zhì)量具有重要的實用價值。

預(yù)測外推；純滯后；改進型Smith

0 前言

針對熱連軋機系統(tǒng)監(jiān)控AGC技術(shù)中存在的純滯后而引起的厚度精度波動問題，有研究者首次提出將預(yù)測外推數(shù)據(jù)處理算法應(yīng)用到熱連軋機中[1]，即采用二階曲線復(fù)現(xiàn)離散信號，一定程度上解決了系統(tǒng)輸出延遲時間問題，本文在此基礎(chǔ)上，對剩余部分的滯后時間采用改進型Smith預(yù)估控制算法[2]，進一步解決由于純滯后，程序算法和執(zhí)行機構(gòu)滯后時間引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性能和動態(tài)性能變差，而導(dǎo)致的帶材厚度精度波動問題。

1 改進型Smith算法應(yīng)用

1.1 Smith預(yù)估控制

Smith在1957年提出的預(yù)估方法[3]，是以模型為基礎(chǔ)，使大滯后環(huán)節(jié)不參與到特征方程中，將其移至到控制回路外，實現(xiàn)這一思想的方法就是Smith預(yù)估器的實質(zhì)，它將使被延遲了的被調(diào)量超前反映到調(diào)節(jié)器，使調(diào)節(jié)器提前動作，從而減小超調(diào)量和加速調(diào)節(jié)過程，以實現(xiàn)沒有純滯后環(huán)節(jié)的反饋控制。這樣控制頻率可大幅度提高，控制性能也將顯著改善。

1.2 Smith控制應(yīng)用

(1)

當(dāng)被控對象參數(shù)改變時的傳遞函數(shù)為：

(2)

式中，KS、KS1為液壓系統(tǒng)傳函比例系數(shù)；T1、T2為時間常數(shù)；τv為純滯后時間。

1.3 改進型Smith算法

參數(shù)時變對系統(tǒng)影響如圖1所示。常規(guī)Smith預(yù)估器對模型的誤差及參數(shù)變化十分敏感，改進型Smith預(yù)估器如圖2所示，其方法是將原來反饋回路上的單位反饋改進成一階微分環(huán)節(jié)，Gf(S)=1+τfS，縮短響應(yīng)時間，加快系統(tǒng)對

誤差的響應(yīng)。通過理論分析可以證明這種改進型算法的穩(wěn)定性，且對模型精度的要求明顯降低，有利于改善系統(tǒng)的控制性能。

圖1 參數(shù)變化對Smith控制的影響Fig.1 Influence of Smith control with parameters changed

圖2 改進型Smith預(yù)估器結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Diagram of improved Smith estimation

改進型Smith預(yù)估器中多了一個超前時間常數(shù)τf，其大小為過程的純滯后時間。

2 改進型Smith算法仿真結(jié)果分析

當(dāng)被控參數(shù)由式(1)改變成式(2)時，建立其改進型Smith仿真模型，如圖3所示。

圖3 改進型Smith仿真模型Fig.3 Improved Smith simulation model

得到仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4 改進型Smith仿真Fig.4 Simulation of improved Smith

通過仿真結(jié)果分析：使用改進型Smith控制算法取得了良好的效果，從波形能夠看到輸出幾乎沒有超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間明顯減小，且輸出波形平穩(wěn)。同時，常規(guī)PID控制適應(yīng)性強，穩(wěn)態(tài)控制精度高，但從圖1可以看到常規(guī)PID控制對參數(shù)時變調(diào)節(jié)效果差，超調(diào)量并沒有減小，只是振蕩相對減弱。改進型Smith的輸出波形已經(jīng)達到一種相對非常良好穩(wěn)定的狀態(tài)，這充分說明對于提高軋機出口帶材厚度精度是一個可行的方案。

4 結(jié)語

本文通過對改進型Smith算法在熱連軋機厚度系統(tǒng)中的應(yīng)用研究，進一步解決了由于時間滯后引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性能和動態(tài)性能變差，從而導(dǎo)致的厚度精度波動問題，仿真結(jié)果證明此方法獲得了良好的厚度精度和控制效果。對熱連軋機采用監(jiān)控AGC技術(shù)產(chǎn)生的純滯后問題提供了有效的解決方案，對有色冶金行業(yè)提高帶材質(zhì)量具有重要的實用價值。

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Application and research of improved algorithm of smith in hot strip rolling mills gauge system

GU Bo1，WEI Wei1，BAI Jing2

(1.Keya College, Shenyang University of Chemical Technology，Shenyang 110000, China;2. University of north China, Jilin 132021, China)

Using predict extrapolation data processing algorithm is not fully to make up for the pure lag problem that caused by the monitor AGC control, this paper put forward the strategies of the improved algorithm of Smith, further solved the problem of system stable performance and dynamic performance that cause by pure lag, program algorithm and actuator, while lead to the accuracy of strip thickness fluctuation problem. Simulation results showed the effectiveness of the improved algorithm of Smith, and it will give the important practical value in nonferrous metallurgy to improve the strip quality.

predicted extrapolation; pure lag; improved algorithm of Smith

2015-12-15；

2016-01-16

吉林省2011-2013年科技發(fā)展重點基金資助項目(201105041)

顧波(1985-)女，吉林省吉林市人，碩士，講師，研究方向：電力電子與電力傳動。

TM241

A

1001-196X(2016)03-0013-03