本发明涉及热轧机加工领域，尤其涉及基于史密斯预估的热连轧agc系统的控制方法及其仿真电路。
背景技术：
1780mm热连轧带钢厂的原料为合格的连铸坯，由炼钢连铸车间供给。板坯库天车将板坯吊放在加热炉输入辊道上，送至加热炉入炉辊道，再由装料机装入加热炉内进行加热；热坯直接入炉加热。所有板坯经过加热炉输入辊道上的称重装置称重后，再进入加热炉加热。板坯在加热炉内一般加热到1150℃～1250℃，由出料机托出炉外，部分碳素钢和某些低合金钢可采用“低温出炉”(出炉温度约1100℃)轧制工艺。
出炉后的板坯，首先经过粗轧前高压水除鳞箱除去板坯表面的氧化铁皮，然后由辊道送到粗轧机组进行轧制。
粗轧机组采用1架带附属立辊(e1)的四辊可逆轧机(r1)。板坯在r1轧机上一般轧制5～7道，轧成厚度30mm～50mm厚的中间带坯。r1粗轧机设有除鳞集管，可根据工艺要求，清除轧制过程中再生氧化铁皮。r1轧机后设有侧宽仪及测温计等检测设备。
从粗轧机出来的合格中间坯，经带保温罩的中间辊道，送入切头飞剪切头后，进入精轧前除鳞箱，清除二次生成的氧化铁皮，然后进入精轧机组轧制。
精轧机组由f1～f7共7架四辊不可逆轧机组成。带坯经过f1～f7精轧机组，轧制成1.2mm～18mm的成品带钢。为确保轧制带钢的厚度精度，精轧机组采用现代高精度控制轧机，在f1～f7精轧机上设有全液压压下及液压厚度自动控制(agc)系统和工作辊弯辊(wrb)和工作辊窜动(wrs)板型控制系统，能够对带钢的厚度、凸度和平直度进行闭环自动控制，并通过下游精轧机工作辊平辊窜辊，实现“自由轧制”。此外，为减少换辊时间，粗、精轧机采用工作辊快速换辊装置，换辊时间约为10分钟。在f7机架后设置了多功能板型仪(带宽度、凸度和厚度检测)。
成品带钢经精轧机组输出辊道上的层流冷却装置进行轧后冷却，使带钢温度达到规定的卷曲温度。冷却后带钢由三助卷辊式全液压卷取机卷取成钢卷。卷毕，由卸卷小车将钢卷从卷取机卸出，送到打捆站。钢卷经卧式打捆机打捆后，用钢卷小车送到钢卷运输线上。钢卷运输采用全线卧式运输。需要检查和取样的钢卷从钢卷运输线上取出，送到钢卷检查线上检查、取样，钢卷检查后在返回钢卷运输系统。在钢卷运输线上，钢卷经称重、喷印后由天车吊运到钢卷库内存放、冷却。存放在钢卷库内的钢卷采用卧卷方式堆放。钢卷冷却后，按发货计划发货。
厚度是表征板带钢最主要的质量指标之一，热轧带钢厚度精度也一直是提高产品质量的主要目标。消除板带材厚度误差的主要办法是采用自动厚度控制(agc)系统，agc系统性能的优劣直接影响着轧机出口厚度的精度。因此不断改进agc系统的控制精度，是提高板带厚度精度和厚度均匀性的一个主要措施。自动控制系统作为提高热轧板带厚度尺寸精度的最重要的控制手段，已经成为现代热轧板带生产过程中不可或缺的重要组成部分。
技术实现要素：
本发明针对以上问题，提供了一种在研究厚度控制基本理论的基础上，将热连轧厚度控制系统与单片机控制技术相结合，提高加工精度的基于史密斯预估的热连轧agc系统的控制方法及其仿真电路。
本发明的技术方案是：包括以下步骤：
s1、板料初加工；依次包括板坯加热、高压水除磷和粗轧机轧制；
s2、板料精加工；依次包括高压水除磷、精轧机轧制、冷却；
其中，在精轧机出口设置测厚仪，由测厚仪测量精轧出口带钢的实际厚度，反馈给控制器，由控制器根据带钢的实际厚度和目标厚度的偏差，对带钢厚度进行反馈调节；
反馈调节时，通过在控制器上并联史密斯预估器，进行补偿控制；
s3、板料卷取、打包。
所述控制器为pid控制器。
s2中还包括获取轧机设备参数和带钢规格参数；
轧机设备参数包括：工作辊的辊径、测厚仪的响应时间和轧制速度；
带钢规格参数包括：带钢的钢种、成品厚度。
s2中，还包括对液压缸传递时间进行测试。
包括单片机、a/d转换器和d/a转换器，
所述单片机连接d/a转换器，所述d/a转换器用于连接伺服放大器，所述伺服放大器用于连接伺服阀，所述伺服阀用于连接液压缸；
所述液压缸通过位移传感器与a/d转换器相连，所述a/d转换器与单片机相连。
所述单片机用于控制pid控制器和史密斯预估器。
所述a/d转换器为adc0809，所述d/a转换器为tlc7528。
本发明基于单片机的史密斯预估控制作为纯滞后补偿的主要方法，在响应速度、超调、稳定性等方面都比较理想。通过matlab的simulink仿真环境,可以很好的对控制系统进行仿真，同时通过基于单片机的仿真电路的设计与调试，可以大大缩短了模拟试验的时间，也为实际工业控制提供了一种快捷简便的调整控制器参数的方法，可以根据不同的系统、不同的环境对系统实时仿真,以获取系统最适合的参数，从而提高系统控制器参数整定的效率。
附图说明
图1是本发明的控制结构示意图，
图2是本发明的仿真电路原理图，
图3是主程序的控制流程图，
图4是单片机的史密斯预估阶跃响应曲线，
图5是基于单片机的史密斯预估控制仿真电路；
具体实施方式
本发明如图1-5所示，包括以下步骤：
s1、板料初加工；依次包括板坯加热、高压水除磷和粗轧机轧制；
s2、板料精加工；依次包括高压水除磷、精轧机轧制、冷却；
其中，在精轧机出口设置测厚仪，由测厚仪测量精轧出口带钢的实际厚度，反馈给控制器，由控制器根据带钢的实际厚度和目标厚度的偏差，对带钢厚度进行反馈调节；
反馈调节时，通过在控制器上并联史密斯预估器，进行补偿控制；
s3、板料卷取、打包。
所述控制器为pid控制器。
s2中还包括获取轧机设备参数和带钢规格参数；
轧机设备参数包括：工作辊的辊径、测厚仪的响应时间和轧制速度；
带钢规格参数包括：带钢的钢种、成品厚度。
s2中，还包括对液压缸传递时间进行测试。
包括单片机、a/d转换器和d/a转换器，
所述单片机连接d/a转换器，所述d/a转换器用于连接伺服放大器，所述伺服放大器用于连接伺服阀，所述伺服阀用于连接液压缸；
所述液压缸通过位移传感器与a/d转换器相连，所述a/d转换器与单片机相连。
所述单片机用于控制pid控制器和史密斯预估器。
所述a/d转换器为adc0809，所述d/a转换器为tlc7528。
在工业过程控制中，由于物料或能量的传输延迟，许多被控制对象具有纯滞后性质。对象的这种纯滞后性质常引起系统产生超调或振荡，史密斯预估控制原理是：与调节器并联一补偿环节，用来补偿被控对象中的纯滞后部分，这个补偿环节称为预估器，其传递函数为gp(s)(1-e-τs),τ为纯滞后时间，由史密斯预估器和调节器组成的补偿回路称为纯滞后补偿器，经补偿后的系统闭环传递函数为
这一形式说明，经补偿后，消除了纯滞后部分对控制系统的影响，因为式中的e-τs在闭环控制回路之外，不影响系统的稳定性，拉氏变换的位移定理说明，仅将控制作用在时间坐标上推移了一个时间τ，控制系统的过渡过程及其他性能指标都与对象特性为gp(s)时完全相同。
假设被控对象的传递函数为：
对
m(z)＝1.787m(z)z-1-0.798m(z)z-2+0.0224u(z)+0.0448u(z)z-1+0.0224u(z)z-2即m(k)＝1.787m(k-1)-0.798m(k-2)+0.0224u(k)+0.0448u(k-1)+0.0224u(k-2)，τ＝0.5s,采样周期选择t＝50ms＝0.05s，则
首先在simulink中建立基于史密斯预估控制的纯滞后控制系统仿真图，如图2所示。图中控制器的功能包括史密斯预估和pid控制，其具体功能通过一个s-function函数来实现，算法编程如下：
functionsys＝mdloutputs(t,x,u,kp1,ki,kd)
globalukmkmk_1mk_2mk_3mk_4mk_5mk_6mk_7mk_8mk_9mk_10uk_1uk_2ek1ek2ek2_1ek2_2
ek1＝4*u(1)-u(2)；
mk＝1.787*mk_1-0.798*mk_2+0.0224*uk+0.0448*uk_1+0.0224*uk_2；
delay＝mk_10；
yk＝mk-delay；
ek2＝ek1-yk；
uk＝kp1*ek2-kp1*ek2_1+ki*ek2+kd*ek2-2*kd*ek2_1+kd*ek2_2；
mk_10＝mk_9；
mk_9＝mk_8；
mk_8＝mk_7；
mk_7＝mk_6；
mk_6＝mk_5；
mk_5＝mk_4；
mk_4＝mk_3；
mk_3＝mk_2；
mk_2＝mk_1；
mk_1＝mk；
uk_2＝uk_1；
uk_1＝uk；
ek2_2＝ek2_1；
ek2_1＝ek2；
sys＝uk；
采用史密斯预估器，可以有效地补偿过程的动态特性，控制性能优良。
在simulink仿真基础上，我们设计了具体的控制结构图，如图1所示，其中pid控制器、史密斯预估器由单片机控制算法实现。
并设计以at89s51单片机和a/d转换器adc0809、d/a转换器tlc7528等电路、由运放电路实现的被控对象构成的计算机史密斯预估控制仿真电路，如图5所示。
如图3所示，主程序的控制流程包括设定定时器工作状态、定时器装入初值、设定外中断类型、开外中断和定时中断、启动定时器、d/a清零、变量清零和等待中断。
在计算机仿真电路上运行控制程序，并利用虚拟示波器得到了图4所示的基于单片机的史密斯预估控制阶跃响应曲线。从阶跃响应曲线可以看出，输出超调为
基于单片机的史密斯预估控制作为纯滞后补偿的主要方法，在响应速度、超调、稳定性等方面都比较理想。通过matlab的simulink仿真环境,可以很好的对控制系统进行仿真，同时通过基于单片机的仿真电路的设计与调试，可以大大缩短了模拟试验的时间，也为实际工业控制提供了一种快捷简便的调整控制器参数的方法,可以根据不同的系统、不同的环境对系统实时仿真,以获取系统最适合的参数,从而提高系统控制器参数整定的效率。