[发明专利]一种基于ARM的模糊PI厚度控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于ARM和模糊PI控制器的厚度控制系统，是一种针对冷轧行业中液压冷轧机带材纵向厚差的在线参数自整定厚度智能控制系统。

背景技术

当前液压冷轧行业内对带材纵向厚差控制系统的普遍称呼为AGC（Automatic Gauge Control，即自动厚度控制）。液压轧机AGC系统的控制核心在于油缸位置的伺服控制系统，简称APC（Automatic Position Control）。

如图1所示，APC采用MTS或者SSI系列磁致伸缩型位移传感器，用以测量油缸的位置信号。油缸的动作一方面由液压站（高压）提供动力（能量）来源，另一方面由电液伺服阀控制其上下运动。油缸活塞作用于支承辊，牛顿力通过支承辊传递给工作辊（实际轧制辊）。在恒辊缝轧制过程中，计算机发出控制指令（给定位置信号），经过一定的算法处理（譬如PI控制），再由计算机将输出信号（执行指令）送给电液伺服阀。厚度控制的目的是使带钢的实际轧出厚度等于设定值，带钢AGC系统必须由计算机预先设定一个目标值与所测量的实际厚度进行比较，得到偏差信号δh，或者通过改变张力、压力等得到偏差信号δh ，再利用厚度自动控制装置或计算机功能程序改变压下位置或带钢张力或轧制速度，将带钢的实际轧出厚度控制在允许的范围内。

在客观上要求把带材的实际厚度作为被控量，而不是上述的油缸活塞的实际位置。鉴于此种考虑，在位置环的基础上引入了带材的厚度监控环节——AGC监控。图2为AGC监控的控制框图。

上述AGC监控方案，在原有APC的基础上，在液压轧机的出口配备测厚仪，用以实时测量带材的出口厚度，如此一来，构成了正真意义上的厚度反馈控制系统。实际上，轧机的油缸及其轧辊作为机械部件却存在较大的惯性，这就导致在厚度控制上存在一定的滞后。非但如此，从理论上讲，测厚仪与工作辊之间有一定的距离，带材所轧制的部分并非测厚仪采集厚度信号的部分，这样在实际当中就存在一段纯滞后，从而致使AGC监控并非达到非常理想的控制效果。因此，提出如下图3的改进——液压轧机入口、出口同时配备测厚仪。

假如带材入口的平均厚度用Gi表示，出口平均厚度用Go表示，并用△gi表示带材入口厚度的浮动值，△go表示带材出口厚度的浮动值，则：

入口厚度=Gi+△gi；

出口厚度=Go+△go；

一般而言，如若△gi 为正值，则表明带材过厚（与平均厚度比较而言），那么需要调整控制算法Gc1，以保证油缸具有足够大的压下量；反之，△gi 为负值，则表明带材过薄，则同样需要调整Gc1，以保证Gp（如图2，Gp代表控制器Gc1的输出与位移传感器的反馈值的差值，以及控制器PID的实际输入值）不要过小。当然，△gi 是作为时间的函数变化的，可以用△gi（t）来表示。其中△gi（t）是随时间变化的，可以看出从本质上讲这样的补偿控制即为自适应控制的一种，因此，可以采用人工智能的研究成果，设计更为智能的控制算法。总而言之，AGC预控是在AGC监控的基础上加进补偿控制的策略。

不可否认，常规PI在传统工业控制特别在冷轧行业的厚度控制中发挥了历史性的作用。但是，随着对带材质量特别是纵向厚度公差（2μ到3μ的变化）要求的不断提高，传统控制方法受到很大的挑战。通过分析液压轧机的动态模型我们就会发现，固有的非线性以及慢时变因素存在于位置控制环节（比如伺服阀就存在非线性）。特别是在工业现场无处不在的随机干扰（电磁干扰是一种重要干扰类型），常规PID控制不具备参数自整定功能便很难发挥良好的控制效果。通过分析发现，很难得到该轧机系统的精确数学模型，如此一来，建立在被控对象精确数学模型的经典控制理论便失去应有的作用。

发明内容

本发明的目的是针对液压轧机的非线性、慢时变以及干扰不确定的特点，提供一种具有很好鲁棒性的控制系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种基于ARM的模糊PI厚度控制系统，包括分别位于液压轧机入口及出口处的入口测厚仪及出口测厚仪，入口测厚仪连接补偿器，其特征在于：补偿器及出口测厚仪分别连接模糊鲁棒调节模块，其中，模糊鲁棒调节模块包括通过ARM实现的模糊鲁棒调节器，模糊鲁棒调节器分别连接位置信号采集模块、压力信号采集模块、厚度信号采集模块、执行模块和信号调理模块；

模糊鲁棒调节器包括自动补偿调节器、自动厚度调节器及自动位置调节器，其中，

自动补偿调节器构成前馈调节器，其采用常规的比例调节器，自动补偿调节器将通过入口测厚仪得到的入口厚度值及厚度给定值的偏差进行适当的放大或缩小；