伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动位移系统跟踪及容错控制研究

Non-sinusoidal vibration for continuous casting mold driven by servo motor have many advantages, such as saving energy and reducing consumption, improving casting quality, increasing throwing speed and so on. However, there are some problems exist in the system , for example, the essential nonlinear periodic function from motor rotation to mold vibration displacement, rotation constraint of servo motor in one direction, big and fast time-varying load disturbance and uncertainties, etc. In addition, there have been problems of leakage of steel and impact on production caused by abrupt failure of displacement sensors in practice. Therefore, the research on tracking control and fault-tolerant control for the non-sinusoidal vibration displacement system of continuous casting mold driven by servo motor has important practical and theoretical significance. The main research contents are as follows：1) Study on high accuracy tracking control algorithm for servo motor speed / position considering large time-varying load disturbance. 2) Research on robust tracking control of the mold vibrating displacement dynamical system considering of non-linear periodic function and single directional rotation constraint of servo motor. 3) Research on fault diagnosis and fault-tolerant control theory and its application in continuous casting mold non-sinusoidal vibration control; 4) A distributed control system of continuous casting mold with non-sinusoidal vibration will be developed and tested based on the centralized control system for the non-sinusoidal vibration of the continuous casting mold driven by the servo motor, so as to improve the safety and reliability of the system operation.

伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动具有节能降耗、改善铸坯质量、提高拉速等优点，但伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动位移系统存在电机转角到结晶器振动位移的本质非线性周期函数、伺服电机单方向转动约束、较大的快时变负载干扰及不确定性等问题，另外，实际中曾出现因位移传感器突变故障而造成漏钢影响生产的问题，因此，对伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动位移系统进行跟踪及容错控制的研究具有重要的理论和实际意义。主要研究内容如下：1)考虑较大快时变负载干扰的伺服电机转速/位置高精度跟踪控制算法研究；2)考虑电机单方向转动约束、具有非线性周期函数的结晶器振动位移动态系统的鲁棒跟踪控制研究；3)故障诊断和容错控制理论及在连铸结晶器非正弦振动控制中的应用研究；4)在原研制的伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集中控制基础上，进行连铸结晶器非正弦振动的集散控制系统设计研发及试验研究，以提高系统运行的安全性和可靠性。

连铸结晶器被喻为连铸机的心脏。钢水通过结晶器冷却成型，结晶器振动可避免钢水与结晶器粘连，改善铸坯质量。结晶器非正弦振动已被国内外连铸工作者确认为发展高效连铸的关键技术之一。.伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动具有节能降耗、改善铸坯质量、提高拉速等优点，但伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动位移系统存在电机转角到结晶器振动位移的本质非线性周期函数、伺服电机单方向转动约束、较大的快时变负载干扰及不确定性等问题，另外，实际中曾出现因位移传感器突变故障而造成漏钢影响生产的问题，因此，对伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动位移系统进行跟踪及容错控制的研究具有重要的理论和实际意义。.项目主要研究内容如下：1)考虑较大快时变负载干扰的伺服电机转速/位置高精度跟踪控制算法研究；2)考虑电机单方向转动约束、具有非线性周期函数的结晶器振动位移动态系统的鲁棒跟踪控制研究；3)故障检测和容错控制理论及在连铸结晶器非正弦振动控制中的应用研究；4)在原研制的伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集中控制基础上，进行连铸结晶器非正弦振动的集散控制系统设计研发及实验研究，以提高系统运行的安全性和可靠性。.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：在国内外发表相关的论文39篇，其中SCI收录论文15篇， EI收录中文核心期刊论文17篇，其它核心期刊论文2篇，EI收录会议论文5篇。这对于丰富伺服电机转速/位置跟踪控制、连铸结晶器位移非线性系统跟踪控制的理论研究成果具有重要的理论意义。.2. 实验室模拟实验研究方面：研制了一套伺服电机驱动的连铸结晶器非正弦振动集散控制系统装置，并在实验室进行了模拟实验研究，为工业应用试验奠定了良好基础。