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1、辽宁科技大学本科生毕业设计（论文）第 IV 页 史密斯预估控制策略在厚规格轧制中的应用 摘 要热轧带钢厚厚度精度度一直是是提高产产品质量量的主要要目标。正正因如此此，厚度度设定模模型（AAGC）曾曾是热轧轧带钢自自动化首首先实现现的功能能。AGGC系统统的主要要任务是是对带钢钢全长进进行厚度度控制以以保证带带钢的厚厚度精度度及其百百分比。消除板厚差的主要方法是采用自动厚度控制（Automatic Gauge Control ,简称AGC）系统。轧机出口板厚很大程度上取决于该出口AGC系统的性能。由于实际轧制过程的复杂性、控制对象的非线性、时变性，单纯的AGC控制系统都不能取得较好的控制效果。在
2、大多数过程控制过程系统中，不同程度地存在着时间滞后的工艺过程，Smith预估补偿控制能很好的解决这一问题。但Smith控制方法的前提是必须确切地知道被控对象的数学模型，在此基础上才能建立精确的预估模型。本文正是应用Smith预估控制策略来消除纯滞后的影响，并对怎样获得精确的被控对象数学模型进行认真分析研究。本文将纯滞后系统的Smith预估控制算法应用到厚规格成品轧制中，大大改善了系统的动态响应特性。通过对实践的分析发现其出口使用的Smith-AGC系统对改善系统超调,减小滞后对厚度控制的影响都有较好的效果。在应用中Smith-AGC系统与PI控制形成很好的配合，这样才能发挥各自优点使其对厚规格
3、轧制有明显的控制作用。关键词：厚厚度自动动控制；厚度模模型；SSmitth预估估器；数数字PIID控制制 目 录摘要I1.绪 论论11.1 课课题背景景11.2 课课题特点点及技术术路线11.3 课课题研究究意义21.44 国内外外研究现现状32.数字PPID控控制与SSMITTH控制制系统42.1 PPID控控制原理理42.2 数数字PIID控制制算法52.2.11 位置置式PIID控制制算法52.2.22 增量式式PIDD控制算算法72.3 SSmitth预估估控制器器82.3.11 Smmithh预估补补偿原理理92.3.22 纯滞后后系统的的Smiith控控制算法法112.3.33 改
4、进型型Smiith预预估补偿偿方案133.热连轧轧AGCC系统与与厚度模模型的控控制143.1热连连轧概述述143.2 AAGC控控制系统统143.2.11 反馈馈AGCC143.2.22 监控AAGC153.3 厚厚度模型型与控制制193.3.11 概述述193.3.22 影响厚厚度精度度因素193.3.33 精轧设设定所涉涉及的模模型204.SMIITH预预估控制制在厚规规格轧制制中的应用用27结 论330致 谢331参考文献32附录A（外外文文献献）33附录B（中中文译文文）40附录C（其其它）47辽宁科技大学本科生毕业设计(论文) 第 69 页1 绪 论1.1课题题背景 本课题题是以鞍
5、鞍钢17700热热轧为研研究对象象使用先先进的控控制策略略，力争争做到控控制算法法上的理理论和实实际相结结合，使使其能在在17000精轧轧机组上上有所应应用。厚厚度控制制的好坏坏主要决决定于精精轧机组组的控制制，而影影响精轧轧机组厚厚度控制制的一个个主要因因素就是是末机架架与监控控仪之间间有一段段距离，所所以存在在纯滞后后时间11。含有纯纯滞后环环节的闭闭环控制制系统必必然存在在较大的的超调量量和较长长的调节节时间，因此纯纯滞后对对象也成成为很难难控制的的问题。由于纯纯滞后过过程是一一类复杂杂的过程程所以它它的控制制问题一一直是困困扰着自自动控制制和计算算机应用用领域的的一大难难题。因此,对滞
6、后后工业过过程方法法和机理理的研究究一直受受到专家家学者普普遍的重重视。近年来,工工业生产产对钢板板的需求求量越来来越大,对钢板板成品质质量的要要求也越越来越高高,而厚厚度偏差差是保证证热轧钢钢板板带带最重要要的尺寸寸精度指指标之一一。热轧轧带钢厚厚度精度度一直是是提高产产品质量量的主要要目标。模模拟AGGC系统统在计算算控制应应用之前前已经开开始发展展，而冶冶金工业业第一套套计算机机控制系系统（119600年）即即用于热热连轧机机组的厚厚度设定定。热连轧过过程的控控制是一一个国家家自动化化水平的的体现，控控制好一一条现代代化的高高精度连连轧生产产线的难难度，决决不亚于于控制一一颗人造造卫星的
7、的发射和和运行控控制。1.2课题题特点及及技术路路线厚度是板带带钢最主主要的质质量指标标之一，带带钢纵向向厚度不不均是影影响产品品质量的的一大障障碍。因因此，热热连轧机机的一项项重要课课题就是是带钢厚厚度的自自动控制制（Auutommatiic Gauuge CConttroll），简简称AGGC。带钢热连轧轧过程的的一个显显著特点点是“机械、电电气、液液压控制制系统和和轧件间间的紧密密联系，形形成一个个复杂的的综合系系统22”。由于实实际轧制制过程的的复杂性性、控制制对象的的非线性性、时变变性，单单纯的AAGC控控制系统统都不能能取得较较好的控控制效果果。针对对原有压压力AGGC比例例控制的
8、的不足，在在实际应应用中采采用PII控制策策略11，并并将纯滞滞后系统统的Smmithh预估控控制算法法应用到到厚规格格成品轧轧制中，大大大改善善了系统统的动态态响应特特性。正因如此本本文采用用史密斯斯（Smmithh）预估估补偿器器与AGGC的结结合即SSmitth-AAGC控控制系统统。应用用此系统统来解决决带钢热热连轧中中对板厚厚度规格格的补偿偿控制。预预先估计计被控系系统过程程的动态态模型，然然后将预预估器并并联在被被控过程程上，使使其对过过程中的的纯滞后后特性进进行补偿偿，从而而可以明明显地减减小过程程的超调调量，缩缩短过渡渡过程时时间，有有效地改改善控制制品质，应应用Siimthh
9、-AGGC系统统可以更更好地控控制厚规规格轧制制的出口口厚度。本文主要是是介绍了了Smiith预预估器具具体在自自动厚度度控制系系统（AAGC）中中的应用用，同时时也介绍绍了AGGC系统统的各部部分功能能与控制制。只有有各部分分AGCC系统（反反馈AGGC，监监控AGGC等）很很好的配配合控制制才能形形成一个个很合理理的控制制系统。轧制技术发发展需要要强有力力的技术术支持，既既要有充充分的理理论研究究，又需需要丰富富的实践践经验。经经过多年年发展，热热连轧自自动化水水平已经经达到很很高的水水平。但但目前控控制水平平已经到到了一个个转折点点，即基基于传统统控制理理论的控控制效果果已近极极限，而而
10、所面临临的一些些关键问问题并未未得到彻彻底的解解决，因因此迫切切需要引引入新的的控制理理论和方方法以实实现控制制性能的的跨越式式进步。本课题的研研究，吸吸收、借借鉴了近近年来国国内外在在PIDD控制，SSmitth预估估控制，AAGC控控制及对对如何获获得精确确的数学学模型等等方面的的最新发发展和技技术动向向，以大大量现场场实测数数据为依依据，以以Smiith-AGCC系统为为研究中中心，对对实际生生产过程程进行全全面彻底底深入研研究，并并力争把把先进的的控制方方法应用用到板带带热轧生生产中去去，做到到理论与与实际相相结合。面对我国板板带轧制制领域蓬蓬勃的发发展势头头,本文文的研究究希望可可以
11、对我我国板带带轧制理理论的研研究与发发展起到到积极的的促进作作用。1.3课题题研究意意义板厚是热轧轧板带质质量的主主要衡量量指标之之一，它它直接关关系到产产品的质质量和经经济效益益。厚度度自动控控制是提提高带钢钢质量的的重要方方法之一一，其目目的是获获得带钢钢纵向厚厚度的均均匀性。目前，厚度自动控制系统已成为现代化板带生产中不可缺少的组成部分，它主要取决于精轧机组。现代热连轧精轧机组都装备有自动厚度控制系统，它用来克服带钢工艺参数波动对厚差的影响并对轧机参数的变动给予补偿2。长期以来AGC系统以反馈GM-AGC+MN-AGC为主体。对厚度控制采用“基于出口厚度偏差反馈闭环控制”的方法，缺乏对厚
12、度偏差产生原因分析，针对不同原因采用不同措施的控制策略。影响带钢厚差的主要因素有三个：来料硬度波动(主要来自温度的波动)、来料厚度波动(来自粗轧区)和轧辊偏心，理论与实践都证明来料硬度波动是影响厚差的主要原因。90年代以以来，各各新建及及改建的的热轧厂厂厚度控控制精度度及其百百分比都都有明显显提高。随着用用户要求求的日益益提高，常常规的AAGC系系统已不不能满足足用户的的要求，其其控制系系统的缺缺点不可可忽略并并成为进进一步提提高产品品质量的的关键。从厚度控制制原理的的角度看看，目前前大都采采用前馈馈、反馈馈、监控控AGCC等几种种控制方方法。本本文主要要是研究究自动厚厚度的控控制，即即采用先
13、先进的控控制技术术与算法法弥补常常规AGGC系统统的不足足（时间间滞后环环节），力力求达到到最优控控制。控控制的好好与坏，直直接关系系到产品品的质量量（厚度度精度）和和生产的的稳定性性。因此此，本课课题的研研究与实实现具有有重要的的理论意意义和实实际意义义。1.4国内内外研究究现状随着钢铁行行业的竞竞争日益益激烈,高质量量、高产产量、高高成材率率、低成成本已经经成为现现代钢铁铁企业得得以生存存的必备备条件。这这就要求求企业采采用先进进工艺、先先进设备备、先进进的控制制策略来来完善控控制系统统。热连连轧带钢钢精度一一直是提提高产品品质量的的主要目目标。正正因如此此，厚度度设定模模型及自自动厚度度
14、控制（AAGC）曾曾是热连连轧带钢钢自动化化首先实实现的功功能，减少头头尾不考考核长度度是当前前努力的的方向3 （一般般是不考考虑头110m和和尾100m）.20世纪550年代代，由史史密斯（SSmitth）和和雷斯威威克（RReswwickk）先后后提出了了以补偿偿原理构构成的系系统方案案。不过过这种补补偿原理理与前馈馈是不同同的，它它是按照照过程的的特性，设设想出一一种模型型加到反反馈控制制中，以以补偿过过程的动动态特性性。换言言之，就就是从补补偿厚度度的等效效对象模模型中消消除其纯纯滞后特特性。因因而控制制质量可可以得到到很大的的提高。RReswwickk提出的的补偿控控制方案案，甚至至
15、当过程程特性参参数/TT=1.2时，其其控制效效果仍能能令人满满意。但但其基本本原理与与Smiith预预估补偿偿原理相相似。本本文只讨讨论Smmithh预估的的研究，希希望可以以通过其其优越的的控制性性来补偿偿带钢热热轧过程程中的纯纯滞后，使使系统更更优越、完完善。但但研究表表明Smmithh预估的的前提使使要获得得很精确确的数学学模型才才能起到到很好的的控制作作用。一一般当过过程参数数变化110%15%时，SSmitth预估估补偿就就失去了了其良好好的控制制效果。因因此，虽虽在理论论上证明明了Smmithh预估补补偿的良良好补偿偿功能，但但在工程程上仍存存在着一一定的局局限性。为为此，很很多
16、科学学工作者者先后提提出了一一些改进进方案。2 数字PPID控控制与SSmitth控制制系统数字PIDD控制在在生产过过程中是是一种最最普遍采采用的控控制方法法，在冶冶金、机械、化工等等行业中中获得广广泛应用用。本章章主要介绍绍了PIDD控制基基本原理理，数字字PIDD控制算算法4及Smiith预预估控制制系统。2.1 PPID控控制原理理 在模模拟系统统中，控控制器最最常用的的控制规规律是PPID控控制。常常规PIID控制制系统原原理框图图如图22.1所所示。系系统由模模拟PIID控制制器和被被控对象象组成。 图2.1 模拟PIID控制制系统原原理图PID控制制器是一一种线性性控制器器，它根
17、根据给定定值r(t)与与实际输输出值cc(t)构成控控制偏差差 （2.1）将偏差的比比例（PP）、积分分（I）和和微分（DD）通过过线性组组合构成成控制量量，对被被控对象象进行控制，故故称PIID控制制器。其其控制规规律为 (22.2)或写成传递递函数 (2.33）式中KP比例例系数 TI积分分时间常常数 TD微分分时间常常数简单的说，PPID控控制器各各校正环环节的作作用入下下：1. 比例环节 即即时成比比例地反反映控制制系统的的偏差信信号e(t)，偏偏差一旦旦产生，控控制器立立即产生生控制作作用，以以减少偏偏差。2. 积分环节 主主要用于于消除静静差，提提高系统统的无差差度。积积分作用用的
18、强弱弱取决于于积分时时间常数数TI，TI越大，积积分作用用越弱，反反之则越越强。3. 微分环节 能能反映偏偏差信号号的趋势势（标化化速率），并并能在偏偏差信号号值变化化之前，在在系统中中引入有有效的早早期修正正信号，从从而加快快系统的的动作速速度，减减小调节节时间。2.2 数数字PIID控制制算法 在在计算机机控制系系统中，使使用的数数字PIID控制制器，数数字PIID控制制算法通通常又分分为位置置式PIID控制制算法和和增量式式PIDD控制算算法44。2.2.11 位置式式PIDD控制算算法 由由于计算算机控制制是一种采采样控制制，它只只能根据据采样时时刻的偏偏差值计计算控制制量，因因此式（
19、2.3）中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。按模拟PID控制算法的算式（2.3）先以一系列的采样时刻点kT代表连续时间t，以和式代替积分，以增量代替微分，则可作如下近视变换： (k=0,11,2,) (22.4)式中 T采样周周期.显然，上述述离散化化过程中中，采样样周期TT必须足足够短，才才能保证证又足够够的精度度。为书书写方便便，将ee(kT)化化表示成成e(k)等，即即省去TT。将式式（2.4） 代入（2.2），可得离散的PID表达式为 或 (22.5) (2.6)式中 k-采样序序号，kk=0，11，2；u(k)-第k次采样样时刻的的计算输输出值；e(k)-第k次采样样时
20、刻输输入的偏偏差值；e(k-11)-第（k-1）次采样样时刻输输入的偏偏差值；KI-积分分系数，KI =KPT/TI;KD微分分系数KKD =KPTD/T.由Z变换的的性质 ze(kk-1)=zz-1E(z) z=EE(z)/(11-z-1)式（2.66）的ZZ变换式式为 (2.77)由式（2.7）便便可得到到数字PPID控控制器的的z传递函函数为 或或者 (2.8) (2.99)数字PIDD控制器器示于图图2.2 图2.22 数字字PIDD控制器器的结构构图这种算法的的缺点是是，由于于全量输输出，所所以每次次输出均均与过去去的状态态有关，计计算时要要对e(k)进进行累加加，计算算机运行行工作
21、量量大。而而且，因因为计算算机输出出的u（kk）对应应的是执执行机构构的实际际位置，如如计算机机出现故故障，uu（k）的的大幅度度变化，会会引起执执行机构构位置的的大幅度度变化，这这种情况况往往是是生产实实践中不不允许的的，在某某些场合合，还可可能照成成重大的的生产事事故，因因而产生生了增量量式PIID控制制的控制制算法。所谓增量式PID是指数字控制器的输出只是控制量的增量.图2.3 位置式式PIDD控制系系统2.2.22 增量式式PIDD控制算算法当执行机构构需要的的是控制制量的增增量时，可可由式（2.6）导出提供增量的PID控制算式。根据递推原理可得 (2.110)用式（2.6）减减式（2
22、2.100）,可得=KPee(k)-e(k-11)+KIe(kk)+KKDe(k)-2e(k-11)+ee(k-2)=KP+KKIe(kk)+KKD- (2.111)式中=e(k)-e(kk-1)式（2.11）称为增增量式PPID控控制算法法。图22.4给给出了增增量式PPID控控制系统统示意图图。图2.4 增量式式PIDD控制系系统框图图由图2.33与图22.4可可以看出出，就整整个系统统而言，位位置式于于增量式式控制算算法并无无本质区区别，或或者仍然然全部由由计算机机承担其其计算，或或者一部部分由其其它部件件去完成成。增量量式控制制虽然只只是算法法作了一一点改进进，却带带来了不不少优点点：
23、（1） 由于计算机机输出增增量，所所以误动动作时影影响小，必必要时可可用逻辑辑判断的的方法去去掉。（2） 手动/自动动切换时时冲击小小，便于于实现无无扰动切切换。此此外，当当计算发发生故障障时，由由于输出出通道或或执行装装置具有有信号的的锁存作作用，故故能仍然然保持原原值。（3） 算式中不需需要累加加。控制制增量的的确定仅仅与最近近k次的的采样值值有关，所所以较容容易通过过加权处处理而获获得比较较好的控控制效果果。但增量式控控制也有有不足之之处：积积分截断断效应大大，有静静态误差差；溢出出的影响响大。因因此，在在选择时时不可一一概而论论，一般般认为在在以晶闸闸管作为为执行器器或在控控制精度度要
24、求高高的系统统中，可可采用位位置控制制算法，而而在以步步进电机机或电动动阀门作作为执行行器的系系统中，则则可采用用增量控控制算法法。2.3 SSmitth预估估控制器器在大多数过过程控制制系统中中，不同同程度地地存在着着时间滞滞后的工工艺过程程。时间间滞后是是纯滞后后与容量量滞后的的总称。纯滞后往往是由于物料能量需要经过一个传输过程而形成的，如皮带运输，辊缝传输，成分测量过程等5。通常，过程程的纯滞滞后时间间与其动动态常数数T的比值值时，就就被认为为是具有有较大纯纯滞后的的工艺过过程了。在这种种情况下下，若仍仍采用单单回路的的PIDD控制，尽尽管调节节器参数数进行了了特殊的的整定，仍仍然很难难
25、获得良良好的控控制质量量。有时时严重的的超调，甚甚至使被被控参数数超过安安全限度度而引起起停机事事故，有有时则因因造成系系统的不不稳定而而危及设设备和人人身的安安全。冶金工业生生产过程程大多是是含纯滞滞后,对对于时滞滞过程,由于滞滞后的影影响,使使得被调调量不能能及时控控制信号号的动作作,控制制信号的的作用只只有在延延迟以后才才能反映映到被调调量；另一方方面,当当对象受受到干扰扰而引起起被调量量改变时时,控制制作用不不能立即即对干扰扰产生抑抑制作用用。这样,含有纯纯滞后环环节的闭闭环控制制系统必必然存在在较大的的超调量量和较长长的调节节时间。因此纯纯滞后对对象也成成为很难难控制的的问题。由于纯
26、纯滞后过过程是一一类复杂杂的过程程,所以以它的控控制问题题一直是是困扰着着自动控控制和计计算机应应用领域域的一大大难题。因此,对滞后后工业过过程方法法和机理理的研究究一直受受到专家家学者普普遍的重重视。119588年,美美国人SSmitth提出出了著名名的Smmithh预估器器来控制制含有纯纯滞后环环节的对对象,从从理论上上解决了了纯滞后后系统的的控制问问题,但但是Smmithh预估器器需要知知道被控控对象的的精确的的数学模模型,且且对模型型的误差差十分敏敏感,因因而难于于在工业业生产中中广泛应应用。20世纪550年代代,有史史密斯（SSmitth）和和雷斯威威克(RReswwickk)先后后
27、提出了了以补偿偿原理构构成的系系统方案案5。不过过这种补补偿原理理与前馈馈补偿是是不同的的，它是是按照过过程的特特性，设设想出一一种模型型加到反反馈系统统中，以以补偿过过程的动动态特性性。换言言之，就就是从补补偿后的的等效对对象模型型中消除除其纯滞滞后特性性。因而而控制质质量可以以得到很很大的提提高。RReswwickk提出的的补偿控控制方案案，甚至至当过程程特性参参数/TT=1.2时，其其控制效效果仍能能令人满满意，但但其基本本原理与与Smiith预预估控制制补偿原原理相似似。本课课题只讨讨论Smmithh预估补补偿原理理及其在在工业应应用中的的方案55。2.3.11 Smmithh预估补补
28、偿原理理 19958年由Smmithh率先提提出了大大滞后系系统的预预估补偿偿方案，其其主要原原理是预预先估计计出被控控过程的的动态模模型，然然后将预估器器并联在在被控过过程上，使使其对纯纯滞后过过程中特特性进行行补偿，力力图将被被控延迟迟时间的的被控量量提前送送入调节节器，因因而调节节器能提提前动作作，这样样就通过过补偿装装置消除除了纯滞滞后特性性在闭环环中的影影响。从从而可明明显地减减小过程程的超调调量，缩缩短过渡渡过程时时间，有有效地改改善控制制品质，所所以它是是一种比比较理想想的大滞滞后系统统控制方方案。Smithh预估补补偿原如如图2.5所示 图2.5 Smiith预预估补偿偿原理图
29、图图中Wc(s)PIDD调节器器；广义被被控对象象的数学学模型，WWo(s)为不包包括纯滞滞后时间间的对象象模型；Ws(s)Smiith预预估补偿偿器。显然，在未未进行SSmitth预估估补偿情情况下，系系统闭环环传递函函数为故其闭环特特征方程程为 (2.111)由于在系统统那个特特征方程程式中出出现了纯纯时间滞滞后项,这就在在系统中中引入了了易造成成不稳定定的相角角滞后，因因此增加加了系统统控制难难度。引入Smiith预预估补偿偿器的目目的，是是使调节节器Wcc(s)所控制制的等效效对象中中能消除除纯滞后后部分，即即图2.5中应应满足如如下关系系Wo(s)+Ws(s)=Woo(s) (2.1
30、2)由此可得SSmitth预估估补偿器器的数学学模型为为Ws(s)=Woo(s)(1-) （22.133）于是，图22.5所所示之SSmitth补偿偿系统方方框图可可由图22.6表表示。 图图2.66 Smmithh补偿系系统一般般型框图图图2.6经经方框图图通过等等效变换换，可转转换为如如图2.7所示示的方框框图。图2.7 Smiith等等效预估估补偿系系统框图图由图2.77显然可可得等效效Smiith预预估补偿偿器系统统闭环传传递函数数为 （22.144）故闭环系统统特征方方程式为为 1+WWc(s)Wo(s)=0 (22.155)这就是Smmithh预估补补偿的基基本思路路，即从从系统特
31、特征方程程式中消消除纯滞滞后因素素，因而而可消除除过程纯纯滞后特特性对系系统稳定定性的不不利影响响。由拉普拉斯斯变换的的位移定定理可知知：存在在于外环环的出滞滞后特性性，仅将将控制过过程的输输出量在在时间坐坐标上推推移一段段时间，此此时过渡渡过程的的所有质量量指标及及过程形形状均与与对象WWo(s)（不存存在纯滞滞后特性性）时完完全相同同，因而而可极大大地改善善大滞后后系统的的控制品品质。2.3.22 纯滞后后系统的的Smiith控控制算法法在工业过程程控制中中，许多多被控对对象具有有纯滞后后的性质质。Smmithh(史密密斯)提提出了一一种纯滞滞后补偿偿模型，其其原理上上一节已已经详细细叙述
32、，SSmitth与PPID控控制器并并接一个个补偿环环节，该该补偿环环节称为为Smiith预预估器。带有纯延迟迟的单回回路控制制系统如如图2.8，其闭闭环传递递函数为为： (2.116)其特征方程程为： (2.117)图2.8 带有纯纯延迟的的单回路路控制系系统可见，特征征方程中中出现了了纯延迟迟环节，使使系统的的稳定性性降低，如如果足够够大，系系统将不不稳定，这这就是大大延迟过过程难于于控制的的本质。而而之所以以在特征征方程中中出现，是是由于反反馈信号号是从系系统的点点引出来来的，若若能将反反馈信号号从点引引出，则则把纯延延迟环节节移到控控制回路路的外边边，如图图2.9所示，经经过的延延迟时
33、间间后，被被调量将将重复同同样的变变化。图2.9 改进的的有纯延延迟的单单回路控控制系统统由于反馈信信号没有有延迟，系系统的响响应会大大大改善善。但在在实际系系统中，点或是不存在，或是受物理条件的限制，无法从点引出反馈信号来。针对这种问题，Smith提出采用人造模型的方法，构造如图2.10所示的控制系统。图2.100 Smiith预预估控制制系统如果模型是是精确的的，即，且且不存在在负荷扰扰动()，则，则可可以用代代替作第第一条反反馈回路路，实现现将纯延延迟环节节移到控控制回路路的外边边。如果果模型是是不精确确的或是是出现负负荷扰动动，则就就不等于于，控制制精度也也就不能能令人满满意。为为此，
34、采采用实现现第二条条反馈回回路。这这就是SSmitth预估估器的控控制策略略。实际际上预估估模型不不是并联联在过程程上，而而是反向向并联在在控制器器上，因因此，将将图2.10变变换得到到Smiith预预估控制制系统等等效图，如如图2.11所所示。图2.111 Smmithh预估控控制系统统等效图图显然，Smmithh控制方方法的前前提是必必须确切切地知道道被控对对象的数数学模型型，在此此基础上上才能建建立精确确的预估估模型。由图2.111可得得 (2.118)若模型是精精确的，则则有： (2.119)为数字控制制器的输输入，这这里采用用单神经经元自适适应PIID控制制算法2.3.33 改进进型
35、Smmithh预估补补偿方案案 当大大滞后过过程的数数学模型型非常精精确时，SSmitth预估估补偿方方案的补补偿效果果时令人人满意的的。但是是这种补补偿方案案对模型型的误差差十分敏敏感。一一般当过过程参数数（尤其其是Koo和0）变化化10%15%时，SSmitth预估估补偿就就失去了了其良好好的控制制效果。而而要获得得精确的的广义对对象模型型是十分分困难的的，况且且对象特特性又往往往随这这运行条条件的变变化而改改变。因因此，虽虽在理论论上证明明了Smmithh预估补补偿的良良好补偿偿功能，但但在工程程应用上上仍存在在着一定定的局限限性。为为此，许许多科学学工作者者先后提提出了一一些改进进方案
36、5。（一） 增益自适应应补偿方方案（二） 动态参数自自适应补补偿方案案具体的改进进方案在在这里就就不在赘赘述了。3 热连轧轧AGCC系统与与厚度模模型的控控制3.1 热热连轧概概述 带钢钢热连轧轧过程（包包括控制制过程）的的一个显显著特点点是“机械、电电气、液液压控制制系统和和轧件的的紧密联联系，形形成一个个复杂的的综合系系统”2。 前前一个机机架轧出出的厚度度及凸度度延时地地决定了了后一个个机架的的入口厚厚度及凸凸度，因因此各种种扰动对对前几机机架轧出出厚度和和凸度的的影响都都将经过过一定的的时间后后，由被被影响的的那一段段带钢到到下一各各机架而而成为新新的“外扰源源”，这种种通过轧轧件厚度
37、度，凸度度所传递递的影响响是延时时的，同同时又是是“顺流”的，而而带钢的的动态张张力则同同时影响响前后两两个机架架的参数数，任何何外扰产产生的张张力波动动，将“瞬时”地既“顺流”又“逆流”地传递递影响。 轧轧机的综综合分析析可分为为静态分分析和动动态分析析。 对对于稳态态分析，我我们需要要知道的的只是外外扰量的的大小，但但对于动动态分析析则不但但要知道道外扰量量的大小小，而且且需了解解外扰量量随时间间变化的的规律。静静态分析析可以用用代数方方程组，而而动态分分析则需需要解微微分方程程组，因因此后者者计算量量要大得得多。3.2.AAGC控控制系统统3.2.11 反馈馈AGCC最早采用的的AGCC
38、算法是是基于弹弹跳方程程的反馈馈AGCC。弹跳跳方程的的应用解解决了精精轧机组组仅采用用一个成成品测厚厚仪时能能间接“测量”各机架架出口厚厚度以用用作反馈馈信号来来控制厚厚度，因因此具有有里程碑碑意义，反反馈AGGC的主主要优点点是闭环环反馈来来消除偏偏差2266。但反反馈控制制存在的的缺点很很大一部部分亦正正是由于于采用了了弹跳方方程，而而基于弹弹跳方程程计算出出的厚度度不精确确是影响响反馈控控制精度度的主要要因素，目目前所用用的弹跳跳方程为为： (3.11)为轧机预预压靠到到将辊缝缝仪清零零后上抬抬轧辊时时辊缝仪仪的输出出值。辊辊缝仪信信号反映映不出轧轧辊偏心心。其中，为轧轧制力；为轧制力
39、时时的轧机机纵向刚刚度；为预压靠力力； 为轧辊预压压靠到时时的轧机机纵向刚刚度；为油膜厚度度(模型型计算)；为轧辊热膨膨胀量(模型计计算)；为轧辊磨损损量(模模型计算算)；为绲缝零位位(一般般对其自自学习)。由此可见造造成弹跳跳方程不不精确的的原因有有：1) 轧机机纵向刚刚度：即即使通过过预压靠靠去掉小小轧制力力的明显显非线性性段后轧轧机弹性性变形特特性仍然然有一定定的非线线性，因因此在一一块轧件件轧制过过程中对对一个轧轧机仅用用一个值值是不精精确的。2) 的各各个模型型都会有有一定误误差。采用弹跳方方程的第第二个缺缺点是依依靠实测测轧制力力来进行行反馈控控制。这这是因为为存在两两类不同同扰动
40、(轧辊偏偏心、带带钢硬度度变化)造成轧轧制力变变动后要要求的控控制策略略正好相相反，因因而进一一步造成成误差。反馈AGCC的第三三个缺点点是反馈馈增益系系数中含含有不易易确定并并且时变变的值。反反馈AGGC的控控制算法法为： (3.2)是小于1的的系数，一一般在之之间，主主要是轧轧制力信信号中存存在正反反馈成分分，如取取值大将将容易造造成振荡荡，引起起系统不不稳定。另另外，值值的确定定亦是一一个难题题，其是是一个在在带钢全全长轧制制中不断断变化的的值，越越薄的带带钢值越越大，如如何辨识识或实测测值以及及对值进进行自学学习都是是值得研研究的问问题。反馈AGCC的再一一个缺点点是不可可避免的的滞后
41、，即即反馈的的信号是是已经发发生的事事，用来来控制，加加上控制制装置不不可避免免存在响响应滞后后，因此此控制点点不是测测量点，容容易造成成振荡。3.2.22监控AAGC一监控AAGC的的作用在热轧带钢钢生产过过程中，厚厚度质量量控制功功能是最最为重要要的控制制功能。间间接测厚厚的厚度度控制系系统虽然然考虑了了各种补补偿(如如油膜厚厚度、辊辊缝零位位常数等等)，其其精度总总是低于于射线测测厚仪直直接测出出的厚度度值。因因此，在在本卷钢钢厚度控控制系统统投入后后，仍需需以射线线仪所测测得的成成品厚度度实测值值为基准准，对AAGC系系统进行行监控。当当成品厚厚度和设设定值有有偏差时时，将此此偏差值值
42、积分后后反馈到到每个机机架的AAGC系系统中。因因而监控控AGCC又是AAGC全全部方案案中最为为关键、有有效、必必不可少少的控制制方法，几几乎在每每条自动动化生产产线上均均有应用用和体现现。监控控AGCC无论对对于现代代轧机中中压下是是液压或或是电动动的均可可实现，所所要求的的条件仅仅仅在于于精轧出出口有测测厚仪11台，配配置有监监控AGGC机架架必须具具备有带带钢（载载）压下下的能力力。这样样的条件件几乎是是其他方方法AGGC功能能也要求求的条件件7。经典的监控控AGCC原理是是对于精精轧出口口厚度偏偏差进行行比例积积分计算算，结果果反馈控控制各机机架压下下。其中中反馈控控制的比比例积分分
43、系数与与轧制速速度有关关，也与与反馈控控制压下下的机架架有关。 (3.33)式中：第机机架监控控系数，一一般可认认为是反反馈压下下效应系系数。是比例系数数，射线线测厚仪仪测得成成品厚度度的偏差差。是积分常数数的倒数数，, 分别是是第机架架出口速速度与到到测厚仪仪的距离离。如果果不是最最末机架架，可分分段计算算后相加加得到，是函数数关系。从算法公式式中可以以看出，监监控AGGC从理理论上说说可使厚厚度误差差到零，达达到无差差调节，因因为有一一阶积分分环节的的存在。这这样对于于带钢缓缓慢变化化的厚度度公差纠纠偏效果果极佳。而而在带钢钢生产过过程中，缓缓慢的厚厚度波动动将来源源于轧辊辊的磨损损及热膨
44、膨胀，轧轧件头尾尾温度变变化能造造成带钢钢厚度的的缓慢波波动。而而轧辊的的磨损在在同一块块钢生产产过程中中可以忽忽略不计计，热膨膨胀在轧轧制几块块钢之后后，冷辊辊已热过过，也可可以忽略略，结果果可以认认为监控控AGCC对于轧轧件头尾尾温差造造成的厚厚度波动动和头部部设定误误差起到到最好的的控制效效果，也也是关键键作用所所在。监监控AGGC是反反馈控制制，直接接依赖于于测厚仪仪的检测测，并非非靠间接接测量计计算而得得反馈量量。因此此系统是是可测的的，具有有较强的的鲁棒性性，广泛泛的被采采用在热热轧生产产线上作作为主要要的AGGC功能能使用。这这是监控控AGCC的主要要作用和和优点所所在。二监控AAGC缺缺点监控AGCC有许多多缺陷，大大量被使使用的原原因在于于它优点点十分突突出，另另外其它它更有效效的方法法代替不不了它所所起到的的作用。最最大的缺缺陷是控控制与反反馈的滞滞后性。测测厚仪得得到偏差差之处已已无法纠纠正了，这这被控制制系统认认为是纯纯滞后环环节。一一般末机机架中心心线距测测厚仪的