考虑输入受限的轧机液压伺服系统多模型切换自适应控制研究

液压伺服系统具有响应速度快、承载能力强等优点，在工业、国防、航天等领域有广泛应用。但液压伺服系统具有较大的参数时变性、不确定性和非线性，尤其随工况的变化而存在参数跳变：如轧机液压伺服系统运动微分方程中的弹性负载力或弹性刚度系数和外负载力，在油缸活塞接触到刚性负载前后存在从0到一个很大值的跳变，从而引起系统结构变化，影响系统的性能。因此本项目拟：1）建立轧机液压伺服系统连续工作时不同工况下的被控对象多模型集；2）考虑输入受限，设计多模型抗饱和控制器；3）对多模型控制系统的切换策略进行设计优化和稳定性分析，使切换过程快速、平稳，并通过仿真验证所提出的控制器设计方法及切换策略的有效性；4）在某650mm轧机液压伺服系统中对所提出的多模型切换控制算法进行试验研究。本项目对于多模型切换控制的理论成果面向应用，具有重要的实际价值；也将会进一步丰富多模型切换控制的理论成果，具有一定的学术意义。

液压伺服系统在工业、航天等领域中有着广泛应用。本项目针对具有参数时变不确定性、外部扰动、输入受限、参数和结构跳变的轧机液压伺服系统，从子系统控制器的设计、多模型控制器和切换策略的设计，以及冷带轧机速度张力系统控制器的设计等方面进行研究，取得了一些研究成果，已发表相关论文18篇（其中EI收录16篇），另外被SCI/EI源刊录用论文4篇。.主要研究成果包括：.1、子系统控制器的设计方面：.1）针对轧机液压伺服系统中存在的不确定性和外部干扰，分别设计了自适应反步滑模控制器和鲁棒自适应控制器，所设计的控制器能够对期望轨迹实现快速准确跟踪。.2）针对具有不可测状态的液压伺服系统，设计了基于观测器的输出反馈控制器，从而使闭环系统一致有界稳定。.3）考虑控制输入受限问题，分别利用辅助误差系统和光滑函数近似替换方法，并设计了系统的自适应反步控制器，所设计的控制器削弱了控制输入受限对系统造成的不良影响。针对具有状态不可测、参数不确定和输入饱和的液压伺服系统，提出一种基于anti-windup的抗饱和鲁棒动态输出反馈控制算法。.2、多模型控制器和切换策略的设计方面：.1）针对轧机液压伺服系统参数和结构跳变问题，建立并优化了轧机液压伺服系统在不同工况下的多模型集。.2）将多模型切换控制与自适应控制、模糊控制相结合，进行了控制器的设计。根据实际工况和切换易于实现的原则，完成了多模型系统切换策略的设计，以保证切换过程快速平滑。.3）在某650mm轧机液压伺服系统中对所设计的多模型切换L2增益鲁棒控制算法进行了试验研究，结果表明，所设计的控制器使闭环系统具有较好鲁棒性和干扰抑制性能。.3、冷带轧机速度张力系统控制器设计方面：.1）针对冷带轧机速度和张力间的解耦和协调控制问题，提出了速度张力分散重叠控制方法和微分几何动态滑模解耦控制方法，仿真结果表明所提出的方法能有效弱化速度与张力间的耦合，实现主轧机与卷取机间的协调控制。.2）建立了相对完备的冷带轧机速度张力耦合系统的数学模型，并设计了基于扩张状态观测器的全局积分滑模自适应反步分散控制器，实现了速度张力系统的动态解耦和协调控制。.本项目的完成，丰富了液压伺服系统的控制理论成果，缩小了理论与实际间的距离，具有较重要的实际意义。