一种连铸机结晶器的复合振动控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冶金行业中连铸技术领域，更具体地说，涉及一种连铸机结晶器的复 合振动控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002] 连铸生产工艺由于其成本低、效率高、操作灵活以及产品质量好等特点，在钢铁行 业中得到了广泛应用。结晶器是连铸机的关键设备，结晶器振动是连铸工艺的核心技术，它 直接影响着钢坯的成型和钢坯的质量。结晶器振动装置是与结晶器相连的振动机构，它的 作用是防止钢坯坯壳与结晶器铜板黏连，同时获得良好的铸坯表面，因此对结晶器振动控 制系统就提出了更高的要求。结晶器非正弦振动是近年来发展成熟并逐渐应用于连铸生产 的一项新的振动技术，其振动波型突破了传统正弦振动的限制。目前，非正弦振动大多是通 过基于电液伺服的液压振动装置实现。与传统的机械振动装置相比，液压振动系统具有响 应速度快、振动精度高、振动参数在线可调等优点，可很好地满足高速连铸对结晶器振动控 制的要求，因此，液压振动装置得到了广泛应用。结晶器振动是一个周期性重复运动的过 程，这一性质比较适合采用迭代学习控制方案。迭代学习控制可以高精度的跟踪给定，已成 为目前实现智能控制的一种重要而又有效的形式，在工业控制方面取得了较好的效果。但 迭代学习控制主要问题之一是鲁棒性问题，需要满足稳定控制的充分条件，而该条件与动 态过程参数有关，由于连铸生产工况环境是不断变化的，即实际动态过程中存在着各种不 确定的扰动、偏差，导致鲁棒性问题尤为突出。
[0003] 中国专利申请，申请号为201410230888. 8,专利公开号CN103968924A，公开日 2014年8月6日。公开了一种基于多阶段控制的配料称重控制方法。该方法将配料称重过 程划分为三个阶段，并采用不同的控制方式进行控制，具体过程如下：第一阶段：快速给料 阶段，当实际下料量小于或等于第一阶段重量值时，对任何物料都以同一恒定最大速度进 行快速配料；第二阶段：精确称量阶段，采用常规PID控制器进行控制；第三阶段：预测落 差阶段，采用迭代学习控制方式进行控制，计算给出的关闭提前控制量，并相应地调节给料 速度。本发明较好的解决了物料配料称重速度与精度相互矛盾的问题。但该方法并未解决 本发明所要解决的鲁棒性问题。
【发明内容】
[0004] 1.要解决的技术问题
[0005] 针对现有的迭代学习控制由于连铸生产工况环境的不断变化，即实际动态过程中 存在着各种不确定的扰动、偏差，导致鲁棒性不稳定尤为突出的问题，本发明提供一种连铸 机结晶器的复合振动控制系统及其控制方法。它在系统前馈环节上加入可靠性较高的PID 控制器，系统的抗干扰性能强和鲁棒性稳定，迭代学习的收敛速度快，效率高。
[0006] 2.技术方案
[0007] 本发明的目的通过以下技术方案实现。
[0008] 一种连铸机结晶器的复合振动控制系统，包括内环控制器和外环控制器；内环控 制器包括控制器、伺服阀放大器、伺服阀、液压装置、位移传感器，所述的控制器、伺服阀放 大器、伺服阀、液压装置、位移传感器依次连接并形成闭环，外环控制器包括期望轨迹存储 器、迭代学习控制器、控制存储体，期望轨迹存储器和迭代学习控制器连接、迭代学习控制 器连接控制存储体和控制器。
[0009] 更进一步的，所述的控制器为数字PID型控制器。
[0010] 采用上述的一种连铸机结晶器的复合控制系统的控制方法，包括以下步骤：
[0011] (1)、设置k，k为连铸机结晶器振动次数，置k = 0,给定并存储被控对象的期望输 出值yd(t)，给定初始控制输入U()(t)，（t e [0，T])，T为控制周期，被控对象为连铸机结晶 器；
[0012] (2)进行初始定位操作，使系统的初始状态定位于xk(0)，初始输出定位于y k(0);
[0013] (3)连铸机结晶器按照初始控制输入!!。⑴进行振动，到达uk(t)，（t e [0，τ])控 制被控对象，并开始重复操作，同时采样并存储系统输出yk(t)，（t e [0, T]);
[0014] (4)外环控制器通过迭代学习控制器进行迭代计算，当k次迭代计算时，uk(t) 控制输入u k+1(t)通过引入前一次t时刻的控制输入uk(t)和位移误差量ek+1(t)= yd(t)_yk(t)获得，前一次t时刻的控制输入uk(t)存储在控制存储体中，通过学习律得到新 的控制输入u k+1(t)，（t e [0，T])，存储新的控制输入；
[0015] (5)迭代计算中检验迭代停止条件，是否满足条件：
[0016] I |yd(t)_yk(t) I I 彡 γ，（t e [0, T])
[0017] 其中，yd(t)是被控对象的期望输出值，yk(t)被控对象的实际输出值，γ为设定的 跟踪精度，跟踪精度要求为γ = 1〇_3。满足迭代停止条件则停止运算学习，存入最后一次 运行数据，完成对结晶器振动控制的学习，保持结晶器再此状态下进行振动；若不满足迭代 停止条件，置k = k+Ι，并转入步骤（2)重新进行学习直到满足迭代停止条件。
[0018] 更进一步的，步骤（4)中所述的迭代学习控制器包含的学习律为闭环PID型学习 律，即采用第k次的控制输入u k (t)，和第k+Ι次的位移误差量ek+1 (t)，构成第k+Ι次的控制 输入uk+1 (t)，闭环PID学习律的表示形式为：
[0019]
【主权项】
1. 一种连铸机结晶器的复合振动控制系统，其特征在于：包括内环控制器和外环控制 器；内环控制器包括控制器、伺服阀放大器、伺服阀、液压装置、位移传感器，所述的控制器、 伺服阀放大器、伺服阀、液压装置、位移传感器依次连接并形成闭环，外环控制器包括期望 轨迹存储器、迭代学习控制器、控制存储体，期望轨迹存储器和迭代学习控制器连接、迭代 学习控制器连接控制存储体和控制器。
2. 根据权利要求1所述的一种连铸机结晶器的复合振动控制系统，其特征在于：所述 的控制器为数字PID型控制器。
3. 采用权利要求1所述的一种连铸机结晶器的复合控制系统的控制方法，包括以下步 骤： (1) 、设置k，k为连铸机结晶器振动次数，置k = 0,给定并存储被控对象的期望输出值 yd(t)，给定初始控制输入U()(t)，（t e [〇，T])，T为控制周期，被控对象为连铸机结晶器； (2) 进行初始定位操作，使系统的初始状态定位于xk(0)，初始输出定位于yk(0); (3) 连铸机结晶器按照初始控制输入U()(t)进行振动，到达uk(t)，（t e [〇，T])控制被 控对象，并开始重复操作，同时采样并存储系统输出yk(t)，（t e [〇，Τ]); (4) 外环控制器通过迭代学习控制器进行迭代计算，当k次迭代计算时，uk (t)控制输 入uk+1(t)通过引入前一次t时刻的控制输入uk(t)和位移误差量e k+1(t) =yd(t)_yk(t) 获得，前一次t时刻的控制输入uk (t)存储在控制存储体中，通过学习律得到新的控制输入 uk+1(t)，（t e [〇，T])，存储新的控制输入； (5) 迭代计算中检验迭代停止条件，是否满足条件： yd(t)-yk(t) I I ^ γ, (t e [0, T]) 其中，yd(t)是被控对象的期望输出值，yk(t)被控对象的实际输出值，γ为设定的跟踪 精度，跟踪精度要求为γ = ΚΓ3。满足迭代停止条件则停止运算学习，存入最后一次运行 数据，完成对结晶器振动控制的学习，保持结晶器再此状态下进行振动；若不满足迭代停止 条件，置k = k+i，并转入步骤（2)重新进行学习直到满足迭代停止条件。
4. 根据权利要求3所述的一种连铸机结晶器的复合振动控制系统的控制方法，其特征 在于：步骤（4)中所述的迭代学习控制器包含的学习律为闭环PID型学习律，即采用第k次 的控制输入u k(t)，和第k+Ι次的位移误差量ek+1 (t)，构成第k+Ι次的控制输入uk+1 (t)，闭 环PID学习律的表示形式为：
其中kp、kp kd为取小-乘法拟合后的系数，其中k P= 2. 17，k i= 4. 13，k d= 0· 04。
5. 根据权利要求3所述的一种连铸机结晶器的复合振动控制系统的控制方法，其特征 在于：步骤（5)中所述的迭代停止条件为最大迭代次数n，当达到最大迭代次数η时迭代停 止。
【专利摘要】本发明公开了一种连铸机结晶器的复合振动控制系统及其控制方法，属于冶金控制领域。该系统包括外环控制器和内环控制器，括内环控制器和外环控制器；内环控制器包括控制器、伺服阀放大器、伺服阀、液压装置、位移传感器依次连接并形成闭环，外环控制器包括期望轨迹存储器、迭代学习控制器、控制存储体，期望轨迹存储器和迭代学习控制器连接、迭代学习控制器连接控制存储体和控制器。控制方法步骤为：在外环控制器进行迭代学习控制、在内环控制器内引入PID控制过程，从而对连铸机结晶振动系统进行复合控制，它在系统前馈环节上加入可靠性较高的PID控制器，系统的抗干扰性能强和鲁棒性稳定，迭代学习的收敛速度快，效率高。
【IPC分类】B22D11-16, B22D11-053
【公开号】CN104668493
【申请号】CN201510130253
【发明人】胡睿, 王建华, 郭玉杰, 贺诗岚, 孙蓉琳
【申请人】安徽马钢工程技术集团有限公司
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月24日