基于lpv系統(tǒng)模型的四段合金化爐爐壓的控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于LPV系統(tǒng)模型的四段合金化爐爐壓的控制方法。該方法首先在爐后設(shè)置一個(gè)冷卻風(fēng)機(jī)向爐內(nèi)吹風(fēng)，根據(jù)合金化爐的爐壓與冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的關(guān)系建立四段合金化爐的線性變參系統(tǒng)模型，得到LPV系統(tǒng)的控制器狀態(tài)空間方程，并轉(zhuǎn)化為仿射的PID控制器；再經(jīng)魯棒PID控制器設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)的凸化處理及求解得到滿足要求的離線仿真的結(jié)果后，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中加以應(yīng)用，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，調(diào)整相應(yīng)的控制器參數(shù)，使系統(tǒng)符合穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性的要求。本發(fā)明能夠很好地控制爐壓，有效地實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)溫度的控制；且具有自動(dòng)閉環(huán)控制功能，根據(jù)設(shè)定的爐壓，能夠快速響應(yīng)，誤差小，系統(tǒng)穩(wěn)定性高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】基于LPV系統(tǒng)模型的四段合金化爐爐壓的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冷軋鍍鋅生產(chǎn)過(guò)程的爐壓控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于LPV系統(tǒng)模型的四段合金化爐的爐壓控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在熱鍍鋅合金化生產(chǎn)中，四段合金化爐的爐內(nèi)溫度，對(duì)合金化鋼板的質(zhì)量有著直接的影響，然而，合金化爐溫度受到合金化爐爐內(nèi)壓力的影響，當(dāng)爐內(nèi)壓力不足時(shí)，由于保溫效果差，合金化爐內(nèi)鋼板的溫度就很難達(dá)到設(shè)定的要求。目前國(guó)際上對(duì)合金化爐爐壓的控制是在合金化爐的出口處加翻板，通過(guò)翻板的閉合程度改變爐壓的大小。這種方式在生產(chǎn)普通鍍鋅板的時(shí)候，沒(méi)有什么危害，但是在生產(chǎn)合金化鋼板的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致合金化板粉化，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0003]發(fā)明人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在合金化爐后設(shè)置冷卻風(fēng)機(jī)，通過(guò)冷卻風(fēng)機(jī)吹風(fēng)進(jìn)入到合金化爐中，也可以改變合金化爐爐內(nèi)的壓力。且合金化爐內(nèi)的風(fēng)壓大小可以通過(guò)改變冷卻風(fēng)機(jī)的的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。因此，發(fā)明人試圖在合金化爐的爐后設(shè)置冷卻風(fēng)機(jī)使得風(fēng)機(jī)的風(fēng)吹入合金化爐，并通過(guò)控制冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)爐內(nèi)的壓力，從而達(dá)到控制爐內(nèi)溫度的效果。
[0004]但由于四段合金化爐是非線性、時(shí)變、強(qiáng)耦合的，獲取該系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型是非常困難的，如果用線性時(shí)不變系統(tǒng)(LTI)來(lái)描述這些系統(tǒng)，將會(huì)導(dǎo)致很大的系統(tǒng)模型誤差和設(shè)計(jì)保守性，從而導(dǎo)致壓力控制的精確性較差。近來(lái)，用凸多面體表示的線性變參系統(tǒng)(LPV)的理論研究和應(yīng)用已經(jīng)在一些文獻(xiàn)中出現(xiàn)，原因如下:LPV系統(tǒng)能夠用來(lái)有效地表示一些非線性系統(tǒng)；而在一些實(shí)際情況下，系統(tǒng)又恰恰是經(jīng)常在不同的、基本參數(shù)不斷變化的環(huán)境轉(zhuǎn)換的。由于這個(gè)原因，探討LPV系統(tǒng)的控制方法逐步被研究者重視。
[0005]另外，該系統(tǒng)的輸入、輸出通常是有限頻域信號(hào)，而擾動(dòng)是高頻信號(hào)。因此，在有限頻域內(nèi)設(shè)計(jì)合理的控制器，使得合金化爐在低頻段滿足穩(wěn)態(tài)精度的要求，在中頻段滿足暫態(tài)特性要求，同時(shí)降低設(shè)計(jì)的保守性就很有必要。但是傳統(tǒng)的有限頻域控制器設(shè)計(jì)多采用加權(quán)函數(shù)的方法，該方法會(huì)造成以下問(wèn)題:首先尋找合適的權(quán)函數(shù)是一個(gè)繁瑣的過(guò)程；其次，權(quán)函數(shù)的引入會(huì)增加系統(tǒng)的階數(shù)，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，最后權(quán)函數(shù)只能給出頻率范圍的近似描述，因此是不準(zhǔn)確的。Kalman-Yakubovich-Popov(KYP)引理是一個(gè)重要的系統(tǒng)理論之一，它能夠?qū)?dòng)態(tài)系統(tǒng)在頻域的各種特征轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式的形式，但該引理只能在全頻域范圍內(nèi)處理頻率域不等式。最近，KYP引理被Iwasaki和Hara等人推廣到有限頻域，即所謂的廣義KYP弓丨理(GKYPlemma)。該引理能在有限頻率域或全頻域范圍內(nèi)把頻率特征轉(zhuǎn)換為線性矩陣不等式，允許設(shè)計(jì)者在有限或無(wú)限頻域內(nèi)調(diào)整性能指標(biāo)。
[0006]為此，本發(fā)明借助合金化爐后面的冷卻風(fēng)機(jī)，改變吹往合金化爐的風(fēng)壓，即通過(guò)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)合金化爐爐壓的控制，建立系統(tǒng)的LPV模型，在有限頻域內(nèi)提出了一種新型的的合金化爐爐壓控制器設(shè)計(jì)方法，使之滿足靈敏度、穩(wěn)定裕量和抗干擾魯棒性能指標(biāo)。該方法經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證，即實(shí)現(xiàn)保溫了效果，又具有冷卻效果，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，又提高了設(shè)備的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種基于LPV系統(tǒng)模型的四段合金化爐的爐壓控制方法，以較好地控制合金化帶鋼生產(chǎn)時(shí)的爐壓，保證合金化爐的爐溫保持在所要求的溫度，提高產(chǎn)
品質(zhì)量。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟:
[0009]步驟1:在四段合金化爐后設(shè)置冷卻風(fēng)機(jī)，通過(guò)冷卻風(fēng)機(jī)向合金化爐的爐內(nèi)吹風(fēng)；
[0010]步驟2:建立四段合金化爐的線性變參系統(tǒng)模型；
[0011]建模思路是:由冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(輸入)與四段合金化爐的爐壓(輸出)關(guān)系建立系統(tǒng)的差分方程，然后根據(jù)差分方程建立系統(tǒng)的微分方程，再轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)PV狀態(tài)空間模型；
[0012](I)系統(tǒng)的差分模型為:
[0013]z (k) =B1Z (k-1) +a2z (k~2) +b^ (k~l) +b2u (k~2) ①
[0014]其中，Θ =[ai, a2, b1； b2]T為被辨識(shí)參數(shù)，表示現(xiàn)在時(shí)刻的輸出狀態(tài)與過(guò)去時(shí)刻輸入輸出狀態(tài)之間的關(guān)系；z(k)、z(k-l)、z(k-2)分別為不同時(shí)刻的爐壓值，u (k-1)、u (k-2)分別為不同時(shí)刻冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，k為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；上式中的各個(gè)參數(shù)采用下面的加權(quán)最小二乘參數(shù)估計(jì)遞推算法求出；
[0015](2)加權(quán)最小二乘參數(shù)估計(jì)遞推算法如下:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于LPV系統(tǒng)模型的四段合金化爐的爐壓控制方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 步驟1:在四段合金化爐后設(shè)置冷卻風(fēng)機(jī)，通過(guò)冷卻風(fēng)機(jī)向合金化爐的爐內(nèi)吹風(fēng)； 步驟2:建立四段合金化爐的線性變參系統(tǒng)模型； 建模思路是:由冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速(輸入)與四段合金化爐的爐壓(輸出)關(guān)系建立系統(tǒng)的差分方程，然后根據(jù)差分方程建立系統(tǒng)的微分方程，再轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)PV狀態(tài)空間模型； (1)系統(tǒng)的差分模型為:
z (k) = B1Z (k-1) +a2z (k~2) +b^ (k-1) +b2u (k-2)①其中，θ =為被辨識(shí)參數(shù)，表示現(xiàn)在時(shí)刻的輸出狀態(tài)與過(guò)去時(shí)刻輸入輸出狀態(tài)之間的關(guān)系；z(k)、z(k-l)、z(k-2)分別為不同時(shí)刻的爐壓值，u (k-1)、u (k-2)分別為不同時(shí)刻冷卻風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，k為數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；上式中的各個(gè)參數(shù)采用下面的加權(quán)最小二乘參數(shù)估計(jì)遞推算法求出； (2)加權(quán)最小二乘參數(shù)估計(jì)遞推算法如下:
【文檔編號(hào)】C23C2/40GK103914089SQ201310711778
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月20日
【發(fā)明者】譚運(yùn)剛, 劉毅敏, 李金 , 陳建良, 薛勐, 楊永立, 毛麗川, 梁柏華, 鐘榮飛, 李鋼 申請(qǐng)人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司, 武漢科技大學(xué)