伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动系统输出反馈控制研究

“Non-sinusoidal oscillation generator (NSOG) of continuous casting mold (CCM) driven by servo motor” is driven by servo motor, and transmitted by coupling, reducer, eccentric shaft and bar linkages to realize non-sinusoidal oscillation of the mold. The new type non-SOG can avoid some shortages in the existing ones driven by other ways, and its advantages include small covered area, save energy, reduce consumption and long performance life, etc. However, the equipment has strong nonlinearities, uncertainties, unmeasurable states and unknown time-varying loads which do not satisfy matching conditions. This project will research on control system for NSOG of CCM driven by servo motor. The servo control system of the equipment is described as a T-S fuzzy model with non-matching disturbances. Some problems on load observer design and output feedback controller design for the class of uncertain nonlinear systems with non-matching disturbances are deeply and systematically investigated in this project. And a non-sinusoidal oscillation experimental platform is set up to illustrate the effectiveness and potential of the developed techniques. The research results are expected to enrich the theory of fuzzy output feedback control for uncertain nonlinear systems, and to offer solid theoretical foundation and technical basis for the engineering practice of the new type NSOG of CCM.

“伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动发生装置”是由伺服电机单方向变速转动，经由联轴器、减速器、偏心轴和连杆机构等机械传动，实现结晶器非正弦振动。该装置可避免现有其它方式驱动结晶器振动的多种不足，并具有占用空间小、节能降耗、使用寿命长等优点。然而，在结晶器非正弦振动系统中存在较强的非线性、不确定性、不可测状态和不满足匹配条件的未知时变负载等因素。本项目将针对伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动系统的控制问题展开研究，采用带有非匹配扰动的T-S模糊模型描述结晶器非正弦振动系统，系统深入地研究这类具有非匹配扰动的不确定非线性系统负载观测器设计与输出反馈控制器设计等问题，并在所搭建的伺服电机驱动的连铸结晶器振动实验平台上予以实现。研究成果可望丰富不确定非线性系统模糊输出反馈控制方面的理论成果，并为这种新型结晶器非正弦振动发生装置的工程实践奠定坚实的理论基础和技术基础。

“伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动发生装置”是由伺服电机单方向变速转动，经联轴器、减速器、偏心轴和连杆机构等机械传动，实现结晶器非正弦振动。该装置可避免现有其它方式驱动结晶器振动的多种不足，并具有占用空间小、节能降耗、使用寿命长等优点。项目组主要控制角度出发，针对系统中存在较强非线性、不确定性、不可测状态和非匹配时变扰动等因素，进行连铸结晶器振动位移跟踪控制方面的研究。主要研究内容包括：1）伺服电机驱动的连铸结晶器模拟振动实验平台的建模、参数辨识；2）考虑系统中存在参数不确定、非线性、不可测状态和非匹配时变扰动等因素下的结晶器振动位移跟踪控制算法的研究；3）开放式电机控制实验平台的搭建；4）结晶器振动装置动力学分析及机械非线性振动分析、连铸结晶器漏钢预报研究；5）结晶器非正弦振动波形随拉坯速度变化及其他因素（比如因传感器故障需要切换）而产生的不同振动波形间实时平稳切换控制研究。该项目具有重要的理论意义和实际价值，并具有广泛的推广价值。.项目组人员在执行期内完成了预期研究目标，取得了如下研究成果：.1、理论研究方面：主要是在结晶器振动位移跟踪控制及其相关基础理论研究、机械装置动力学分析及非线性振动分析、连铸结晶器漏钢预报等方面取得了一些较为重要的结果，在国内外重要学术期刊及学术会议上发表（包含录用待发表）与本项目相关的论文24篇（其中SCI收录论文5篇，EI收录论文10篇，录用待发表论文1篇），出版学术著作1部（编著），申请发明专利1项。.2、实验室模拟实验方面：搭建了一套开放式的基于dSPACE的电机控制实验平台，该平台可模拟一些机电系统，用于算法验证；在实验室拥有的伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动控制系统样机上进行了模拟实验，为工业试验奠定了良好基础。.3、人才培养方面：在本项目资助下，共培养了5名硕士研究生和1名博士研究生。