H<,∞>控制在带钢对中电液伺服控制系统中的应用研究

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本课题以宝钢冷轧薄板厂的带钢对中电液伺服控制系统改造为背景,将鲁棒控制理论应用于的电液位置伺服控制。参数摄动和外干扰引起的不确定性是液压伺服系统难以解决的棘手问题,鲁棒控制通过设计一个结构和参数均不变的控制器使得系统即使在不确定性处于最大界即系统处于最劣条件下仍然能够保证良好的快速性和稳态性能。因此,本文采用鲁棒H<,∞>控制来研究液压伺服位置控制系统具有很强的实际意义。 论文首先介绍了鲁棒H<,∞>控制理论,然后建立了带钢对中电液伺服系统的数学模型。基于鲁棒H<,∞>混合灵敏度设计方法,依据系统动态和稳态性能要求,选取了合适的性能权函数W<,1>(s)和模型不确定性界函数W<,2>(s)。应用Matlab工具箱,通过解两个Riccatti方程,得到基于输出反馈的H<,∞>最优控制器,仿真证明所设计的控制器具有很好的鲁棒跟踪和抑制干扰性能。然而设计的最优H<,∞>控制器的阶次比较高,很难在实际中得到广泛的应用。 论文基于所建立的三阶传递函数模型,应用鲁棒H<,∞>控制理论来整定PID控制器参数。同时给出了适用于任意阶次传递函数模型的基于鲁棒H<,∞>混合灵敏度约束条件的PID参数整定方法。考虑到满足闭环系统内稳定和H<,∞>混合灵敏度约束条件,将问题转化为闭环特征多项式和一个复多项式族同时稳定。应用复多项式的广义Hermite-Biehler理论,解得PID参数空间,通过优化性能指标γ,进一步缩小解的参数空间。在参数空间内选取PID参数并与基于传统ZN法设计的PID控制器参数进行仿真比较,结果证明通过上述方法整定的PID参数,在系统存在参数摄动和负载扰动情况下,系统具得更好的鲁棒稳定性能。
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