高精度冷轧宽板带平坦度和边降的智能逆系统鲁棒控制研究

With the mature and stable application of the gauge control system, the quality requirements of the flatness and edge-drop for the cold rolling wide strip are becoming more and more strict. The flatness and edge-drop are interrelated and coupled. The key to solve the high precision control of the flatness and edge-drop for cold rolling wide strip is to realize the global nonlinear decoupling control of the flatness and edge-drop. This research will be carried out based on the progressing automatic flatness and edge-drop control technology. Having the mechanical analysis of the strip shape control behavior, considering the roll elastic deformation and strip elastic and plastic deformation, the integration calculation model of the roll and strip deformation will be established. The flatness and edge-drop control performances of control actuators and mutual coupling relationships will be revealed. The flatness and edge-drop control nonlinear model will be established. The flatness and edge-drop global intelligent inverse decoupling robust control will be achieved by combining the inverse decoupling theory with the intelligent control nonlinear mapping capabilities and robust control ideas. This research can provide theoretical support for independently developing high-precision control of large cold tandem rolling mill as well as the shape quality of cold rolling products in our country.

随着板厚控制系统的成熟稳定应用，对冷轧宽板带高端产品的板形平坦度和边降质量精度要求日趋严格。平坦度和边降两个板形质量指标相互关联、耦合，实现冷轧宽板带平坦度和边降控制的全局非线性解耦，是解决冷轧宽板带高端产品板形质量精度问题的关键。本研究拟在申请人已开展的板形平坦度与边降自动控制技术基础上，基于轧机板形控制行为的力学分析，同时考虑辊系弹性变形和轧件弹塑性变形，建立辊系-带钢变形一体化计算模型，揭示各板形调控手段对平坦度和边降的调控性能及相互耦合关系，建立冷轧宽带钢板形综合控制非线性模型；结合逆系统解耦清晰直观的物理概念、智能控制的非线性映射能力和鲁棒控制思想，在平坦度和边降的全局智能逆系统解耦鲁棒控制方面进行探索和创新。从而为我国自主研制大型板带冷连轧机组以及冷轧产品板形质量高精度控制提供理论支持。

冷轧宽板带的横截面轮廓形状，中间区域大致具有二次曲线的特征，而在接近边部处，厚度突然迅速减小，生产中称这种现象为边降（Edge-Drop）。边降控制丰富了冷轧宽板带板形控制的内容，使板形控制扩充为凸度、平坦度与边降三项内容的全面控制。冷轧宽板带的高端产品对平坦度与边降两个板形质量指标的要求日趋严格，而平坦度与边降是相互关联、相互影响的两个板形控制指标，板形控制系统需要多种板形调控手段协同工作以消除平坦度与边降偏差，存在非线性及强耦合关系，使得冷轧板带控制过程中的耦合关系解析和解耦控制研究成为学术前沿和研究热点。科学研究各板形调控手段及各种影响因素对平坦度和边降的影响规律，特别是它们之间的动态联系，明确平坦度控制与边降控制之间的耦合关系，从控制理论着手采用适宜的解耦控制方法，针对动态模型从控制角度实现平坦度与边降的全局非线性解耦控制，是在现有板带冷轧设备和工艺条件下提高冷轧宽板带板形控制精度，实现冷轧板带高精度控制的根本途径。本项目从解析平坦度与边降的耦合关系出发，采用解析分析和数值仿真对平坦度和边降的产生及影响因素、耦合关系以及解耦控制进行了系统研究，对板带生产过程中的平坦度与边降耦合关系获得了新认知，在平坦度和边降的定量耦合关系解析和解耦控制方法等领域取得了创新性成果，丰富了板形生成和控制理论。主要包括：建立仿真系统平台，建立轧机辊系-带钢一体化计算模型，以模拟轧制中的板形生成过程，解析其生成机理；对所建模型进行生产现场的整体取样数据验证，保证模型正确反映轧制过程；分析不同来料和工艺因素对带钢平坦度以及边降的影响规律；分析各调控手段对平坦度和边降的控制性能，及各干扰因素对调控手段的控制性能影响，定量解析平坦度和边降控制的耦合关系，建立平坦度和边降综合控制模型；针对减小锥度辊在轧辊边部出现的接触压力尖峰及减小边降与平坦度耦合程度为优化目标进行锥度辊辊形设计和优化；基于逆系统解耦理论，利用神经网络辨识平坦度-边降逆系统模型，进行平坦度与边降的非线性解耦研究，实现平坦度与边降的解耦；进行基于支持向量机的平坦度与边降非线性解耦研究；进行解耦后线性化系统的跟踪控制器研究，实现平坦度和边降的期望值跟踪；进行解耦后线性化系统的鲁棒控制器研究，实现系统摄动和外部干扰的抑制。研究成果为解决高精度板形自动控制的技术难题提供理论支持。