PDF《连铸结 晶器 液位 预测 控制》

. 科技攻关项 目( 吕5―524一一晒) . 辽宁省优秀青年科研^才基金(

9 t ~0

7 ) . 甘肃工业大学博士基金0

3 9 ~ ) 资助项 日Il望穑日期 :

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8 一甜;

收修改稿 日期 : ∞0―0

6 ―1

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5 期 连铸 结晶器液位预测控制 在模型辨识时进行考虑, 事实上文献 [

3 ] 也采取了同 样 的做法 . 此时 , 经辨识 所 得的模 型参数 不仅包 含滑 动水 口和结晶器等 的动态特性, 也包含液位检测器 和液压机构特性对液位系统的影 响, 也就是说 辨识 到的系统是将这两部分作为模型成分引入到系统模 型中 耐 所樽的高阶系统的近似等效低阶系统 . 由于滑动水 口和结晶器可分别用如下二阶环节 和积分 环节来描 述= 南,㈩ c m ( )=÷ 而 由物流总量 相等 原理 叉可 以写 出结 晶器 液位与拉 速及 阀门开度 问 的如下 关系 d H/ d t= ( Q 1一Q

2 ) / A o= A e c √

2 g h / Ao― V = ( +b ) c

2 g h / A 0一V . (

2 ) 其中 A

0 为结晶器截面积 , A 为阀门有效流通面积 , .和b分别为流量 阀 的有效 流通面积 系数 , c为钢液 流出系数 , h为 中间包 中的钢液 高度 , 为拉 坯速 度,‰为阀 门开度 . 所以,如果 令lH,2,X

3 F , = 一V+b1.Y:H.则由(

1 ) 和(

2 ) 式可 以写 出如下 状态方程 d

1 =t i c V ~g h / A

0 ,d 2=一:,∞ =一2 ( - w ~ , f ?邶,(4)Iv:.A001A=I l , L O d

2 d

3 j B :[

0 0 一Ⅱ

2 3 鲁棒预测控制( R o b u s t p r e d i c t i v e c o n t r o

1 ) 由于连铸结晶器液位控制系统开环增益较大且 是 随时变化 的,其流量 执行 机构也具 有非线性 , 所以常用 的PID控制方法 以及 其它方 法都 不能很 好地消 除拉速等有色扰动的影响. 为此 , 本文将包含有色噪 声项的系统 C A R I MA模 型进行等效化处理 , 然后在 此等效模 型的基础上 用标准GPC方 法求得最优控 制律 . 首先 将结晶器 液位系统的模 型离散化为如下 C A R I MA模型A( Z -

1 ) y ( ): B( Z -

1 ) ( 一d )+ i ( ) . (

5 ) 其中 :

1 一 代表结晶器积分特性, ( k ) 为主 要由拉速等引起的有色噪声扰动 , 结合连铸机的实 际工艺条件 经辨识 得 到如下模 型参 数A( 一): 1―2 .

9 1

2 8

2 一+2 .

8 5

5 9 一一0 .

9 1

3 0 z 一,B( Z -

1 ) :

0 .

1 0

1 2+0 .

3 9

5 7 z 一+0 .

0 9

6 7 z 一,C(..)=

1 , d =

1 . 由于标准的 G P C方法要求噪声为均值 为零的白噪 声,而液位 系统 中存 在 的是 有 色噪声 , 所 以必 须对有 色噪声进行白色化等效 处理 , 然后才可以运用标准 的GPC方法设 计液 位最优 预测 控制律.这里采 用文 献[

6 ] 提 出的等效化综合方法来解决该有色噪声扰 动下的 q℃ 问题, 将有色噪声 ( k ) 等效为由具有 零均 值 的白噪声 e ( k ) 经过 一个 线性环 节H( z ) 所 产生 , 即有 ( k )=H( : ) ( k ) , (

6 ) 线性环节 H( I

1 ) 称作成形滤波器, 其分 子分母 的 根都应 当在单位圆内, 具体选择参见文献[

6 ] . 这样 就 可将模 型 化为 A ( Z . - ) ,( ): B ( Z - '

) , ( 一d ) + e ( ) . (

7 ) 其中Y(k):H ( ) y ( ) , (

8 ) ( )=H ( ) ( k ) . (

9 ) 由于变 化后模 型 中的 噪声 为 白噪声 , 所 以就 可利 用 标准 的GPC控 制策 略设计 控制 器.在该模 型 的基 础 上得到 步超前输出预测为 , = +P . (

1 0 ) 其中 G是系统的单位阶跃响应系数矩 阵, 可通过实 验测得 , 这里 由模 型系数求得. P 为输 出预测序列 中的 自由响应构成的向量 .