切换双时标系统智能建模与鲁棒控制研究

``Replacing cold rolled strip by hot rolled strip`` has been received much attention in hot strip mills fields, because it can obtain good Saving Energy and Reducing Pollutants Emission results. However, the development of this technology is influenced by shape defects and strip steering in hot strip mills. To solve this problem，it is very important that according to metal flow characteristics in hot strip mills, nonlinear, two time-scale and modal switching characteristics of hot strip mills control systems (HSMCSs) should be comprehensively considered when we investigate high-accuracy control problems of HSMCSs.In this topic, both delay-independent and delay-dependent fuzzy singularly perturbed switching modeling and fuzzy robust control approaches for NSTTSSs are presented,which can solve the above three characteristics. The simulation results for HSMCSs are given to indicate the effectiveness of provided methods.Approaches provided in this topic can overcome difficult problems using existing approaches to deal with NSTTSSs. This topic want to obtain some breakthrough results in modeling and control for NSTTSSs such that control performance of NSTTSSs would be improved greatly. At the same time,a new idea is provided for hot ultra-thin strip production.

"以热代冷"以其重大的节能减排功效而成为当前热轧技术发展方向之一，然而，生产中的板形缺陷、轧件跑偏等因素影响着此种生产模式的发展和推广应用。从金属在轧制过程中的流变本质出发，综合考虑带钢热轧控制系统（HSMCSs）的非线性、双时标、模态切换特性，研究其高精度控制技术是解决此类问题的关键之一。本课题以超薄HSMCSs为应用背景，针对以超薄HSMCSs为代表的一类非线性切换双时标系统（NSTTSSs）的多种特性并存特点，提出时延无关/时延相关模糊奇异摄动切换模型构建理论与模糊鲁棒控制方法，并采用所得理论与方法对实际HSMCSs进行建模、控制器设计及数值仿真，从而验证其有效性。本项目克服现有理论与技术在处理NSTTSSs的多种特性并存问题时的困难，渴望在复杂NSTTSSs的建模与高精度鲁棒控制方面，取得突破性成果，大幅提高NSTTSSs的控制性能；同时也为超薄带钢生产提供可借鉴的方法和技术。

“以热代冷”具有重大的节能减排功效，但生产中的板形缺陷、轧件跑偏等因素影响着其发展和推广应用。从金属在轧制过程中的流变本质出发，综合考虑带钢热轧控制系统（HSMCSs）的非线性、双时标、模态切换特性，研究其高精度控制是解决此类问题的关键之一。项目以超薄HSMCSs 为应用背景，研究了以超薄HSMCSs 为代表的非线性切换双时标系统（NSTTSSs）的模糊奇异摄动切换建模与智能控制理论，并结合实际NSTTSSs的自身特性，给出了相对应的建模与高精度控制方法，分别通过仿真、实验或现场应用，验证了方法的有效性。.项目完成了课题I、课题II以及计划外拓展研究三部分内容。课题I完成了非时延情形NSTTSSs的建模与控制研究，包括不确定性模糊奇异摄动建模与高精度控制、离散模糊奇异摄动切换模型构建与滑膜控制、模糊慢状态反馈H∞控制、模糊静态输出反馈控制、 相关的模糊状态反馈镇定以及超薄HSMCSs的模糊奇异摄动建模与板形板厚模糊鲁棒控制；课题II完成了时延情形NSTTSSs的控制研究，包括时延模糊奇异摄动建模与时延相关模糊状态反馈控制、时延相关组合控制器设计、不确定性情形模糊时延状态反馈控制、随机丢包的NSTTSSs的网络化控制、时延和丢包共存情形的随机模糊慢状态反馈控制、T-S 模糊分离性原理、多通道滑模预测控制、不确定性 算子建模与镇定；计划外拓展研究包括高炉、烧结及焦化原料成本关联建模与协同优化、典型实际NSTTSSs（热连轧带钢板形板厚综合控制系统、混合动力电动汽车三端口隔离式DC-DC变换器、复杂挠性航天器、内涵微小电感或电容电路等）的模糊双时标切换建模与高精度控制等。.项目在非时延/时延NSTTSSs 的模糊奇异摄动切换建模与高精度控制理论方面获得了45项突破性成果，并针对上述典型实际NSTTSSs，分别给出了相应的超高精度控制理论与方法，为大幅提升此类系统的控制性能提供了新思路。此外，项目还在高炉、烧结及焦化原料成本关联建模与协同优化方面得到突破，并将其应用于太钢不锈钢冶炼生产线，年节约原料成本达1亿元。