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1、基于擾動觀測器的連鑄結(jié)晶器液面控制摘要：在連續(xù)鑄造中調(diào)節(jié)鋼液的液位是困難的，因為它受到各種干擾，其中脹形擾動最為突出。此外，由于連續(xù)鑄造速度的加快，系統(tǒng)延遲的增加導致了相位滯后。為了在系統(tǒng)延遲的存在下消除脹形擾動，我們提出了一種基于擾動觀測器的自適應正弦估量和相位超前的自適應模糊控制器。我們測試了該方法使用1:1規(guī)模硬件模擬器和證實的方法成功地降低了脹形擾動在鋼水液位上的擾動影響。關(guān)鍵字：自適應模糊控制器、自適應正弦估量、脹形擾動、連續(xù)鑄造、時滯補償1、介紹連鑄鋼水液位控制之所以重要是因為它決定著鑄坯的表面質(zhì)量。然而，調(diào)節(jié)鋼水的液位很難，因為
2、它受到各種擾動，包括鑄造速度和中間包的重量變化，噴嘴的堵塞和疏通，還有脹形擾動[10]。其中，脹形的干擾最為嚴重[11]。它是在支撐輥周期性地向上推動鋼水時產(chǎn)生的。脹形干擾幾乎呈正弦形，降低了鋼水的質(zhì)量水平。因此，我們專注于消除鋼水液位的脹形擾動影響。各種控制策略已被提出，其中包括消除干擾的擾動觀測器[1]，從PID控制回路在主PID控制回路內(nèi)的主從式PID控制器用來降低對擾動的敏感度[2]，基于模型的控制器用來穩(wěn)定調(diào)節(jié)結(jié)晶器和中間包液位[3]，塞棒控制的神經(jīng)網(wǎng)絡模型用來減少鑄件的速度變化[4]，用于消除干擾的模糊邏輯控制器[5]，陷波濾波器
3、，PID和模糊邏輯控制器用來消除干擾[6]，H∞控制器用來平衡抗干擾性和魯棒穩(wěn)定性[7],陷波濾波器和H∞控制器用于減少表面波的振幅[8],和減少脹形擾動的迭代學習控制器[17]。然而,在這些論文中,鋼水液位動力學描述為只有一個積分器和一階轉(zhuǎn)移函數(shù),而在現(xiàn)實中,動態(tài)更為復雜，主要是由于鋼水液位系統(tǒng)的時間延遲。在過去，鑄造速度和脹形的頻率都比較低，因此，系統(tǒng)延遲的影響，其中主要是執(zhí)行器和傳感器延遲的影響，沒有那么嚴重。然而，隨著快速鑄造工藝要求的提高，由于系統(tǒng)的脹形頻率增大，系統(tǒng)延遲導致的相位滯后也在增加。比如，給定結(jié)晶器液位變?yōu)锳m?sinω
4、td+t+θ=Am?sinωtd+ωt+θ，其中，Am是結(jié)晶器液位的反應幅度，ωtd是系統(tǒng)延遲td導致的相位滯后。所以，每當鑄造速度增加，增加，ωtd增加即使系統(tǒng)延遲Td被固定相位滯后。因此，系統(tǒng)延遲已經(jīng)成為穩(wěn)定鋼水液位的關(guān)鍵阻礙。自適應模糊估算器已經(jīng)提出以除去凸出干擾取系統(tǒng)延遲考慮[9]，但其性能降解顯著當應用于鋼水級別系統(tǒng)具有隨時間變化的脹形擾動。在本文中，我們提出了一個自適應的正弦基于估計干擾觀測，這用于消除在隨時間變化的隆起干擾系統(tǒng)延遲的存在。此外，我們補充這一觀測用相位超前自適應模糊控制器拒絕剩下的騷亂。2、系統(tǒng)模型2.1鑄造過程連
5、鑄大方坯的鑄造是一個鋼水澆鑄進模型成為實心的過程。這篇論文的細節(jié)來自特定的鑄造工，但主要的特點是很多設備類似并遍及全世界。這些連鑄機生產(chǎn)的鋼板厚210毫米，寬度從1200毫米到2500毫米。過程如圖Fig.1所示：中間包作為一個蓄水池，輸送鋼水到模具中，中間包的體積遠大于模具的體積。中間包的閥（塞子）作為執(zhí)行器來控制鋼水流入模具經(jīng)過鍛造的金屬經(jīng)過兩次冷卻過程。主要冷卻發(fā)生在模具中，并在可流動的中心產(chǎn)生一個殼狀支撐面。這個有部分彈性的鋼板連續(xù)不斷的脫離模具，并在一系列的支承輥上繼續(xù)第二次冷卻。待凝固后形成的鋼被切割成每個10米長的鋼板。通常認定
6、軋鋼的表面質(zhì)量取決于模型中鋼水液位的穩(wěn)定性。尤其是，通常能觀察到結(jié)晶器振動會帶來外來雜質(zhì)顆粒和焊渣進入鋼水中，導致產(chǎn)品的表面有瑕疵。公司通常每年要花費百萬美元去處理這些次品，即通過一個嚴格的程序來大幅減少?，F(xiàn)有的典型穩(wěn)態(tài)控制是PI類型，工業(yè)控制系統(tǒng)展示的事實是結(jié)晶器液位在設定值上下振蕩（Fig.4）它的周期在10~20秒之間，振幅在5~15毫米之間。類似的振動在世界上其他的連鑄機也有很多。專家們并不完全認可這些振動的來源，盡管是有些潛在的問題（如塞棒堵塞磨損導致對結(jié)果的影響；閥的幾何形狀影響了非線性；液壓旋轉(zhuǎn)影響流入模型的鋼）是來自這里。通過
7、一些鑄造專家了解到，其中一個重要的因素可能來自模型輸出后滾軸周期性的壓力變化。這與Kong和DeKeyer的實驗是一致的，這說明即使閥位保持不變振蕩也會持續(xù)，表明這些振蕩不僅僅是反饋的效果。2.2過程辨識和仿真模型鑄造廠為了獲得確定的實驗數(shù)據(jù)，經(jīng)過大量的測試，給出了詳細的結(jié)果，這是由圖2的生成的。實際上，企業(yè)的目標是用更加先進的控制方法來取代現(xiàn)有的PI調(diào)節(jié)器，感興趣的過程（如控制器，即操縱和控制變量之間）是由圖3的方框圖生成的。具體如下：u：被控變量（塞棒位置單位%）y：控制變量（結(jié)晶器液位單位mm）n：測量噪聲（白噪聲相對標準的偏差單位1m
8、m）d：流量ι/s輸出d（t）包含：-標定（常量）流出量為10l/s，公式v*C中v為拉坯速率（m/min），C為鑄模的橫截面（0.21m*2m）-窄頻帶的隨機過程
