本文關(guān)鍵詞：伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動系統(tǒng)位移跟蹤控制研究

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【摘要】：連鑄結(jié)晶器是連鑄生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備,連鑄結(jié)晶器按期望的非正弦(或正弦)波形振動對改善鑄坯質(zhì)量、提高拉坯速度具有重要的作用,連鑄結(jié)晶器非正弦振動已被公認為發(fā)展高效連鑄的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文以伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動系統(tǒng)為研究對象,針對系統(tǒng)中存在的非線性和不確定性擾動等問題,進行了連鑄結(jié)晶器振動位移跟蹤控制方面的理論及仿真研究,并在熟悉實驗室前期研制的連鑄結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)裝置的基礎(chǔ)上,進一步完善了相關(guān)的控制程序,然后進行了現(xiàn)場應(yīng)用試驗研究。論文主要工作如下:首先,介紹了連鑄結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理,給出了伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動位移系統(tǒng)的總體數(shù)學(xué)模型;并針對偏心軸轉(zhuǎn)角到結(jié)晶器位移非線性函數(shù)關(guān)系逆解的非唯一性,提出了一種一一對應(yīng)的映射函數(shù)關(guān)系,為后續(xù)章節(jié)的結(jié)晶器振動位移跟蹤控制奠定了基礎(chǔ)。其次,針對伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動位移系統(tǒng)中存在減速比測量誤差、偏心軸機械零位初始偏差和負載轉(zhuǎn)矩擾動等問題,提出一種基于預(yù)設(shè)性能的反步控制方法,通過引入誤差轉(zhuǎn)換建立了系統(tǒng)的等效誤差模型,并利用Backstepping方法選擇合適的Lyapunov函數(shù)設(shè)計系統(tǒng)位置環(huán)預(yù)設(shè)性能控制器,從而保證系統(tǒng)的暫態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。此外,構(gòu)造非線性擴張狀態(tài)觀測器實時估計的偏心軸轉(zhuǎn)速和綜合擾動,以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。仿真對比實驗驗證了控制器的有效性。然后,針對連鑄結(jié)晶器振動位移系統(tǒng)的機理模型設(shè)計一種基于雙冪次趨近律和擴張狀態(tài)觀測器(ESO)的反步滑�？刂破�,采用一種具有二階滑模特性且有限時間收斂的雙冪次趨近律以提高收斂速度和削弱抖振,并進行了仿真對比驗證,結(jié)果表明,所設(shè)計的控制器能夠有效實現(xiàn)結(jié)晶器位移的漸近跟蹤控制,保證結(jié)晶器的跟蹤精度和跟蹤速度,并對系統(tǒng)擾動具有較強的魯棒性。最后,在熟悉和完善原實驗室研制的伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,將該控制系統(tǒng)裝置應(yīng)用于宣化鋼鐵公司工業(yè)現(xiàn)場進行應(yīng)用試驗,并在實際的工作環(huán)境下對電機參數(shù)自整定、德馬克和李憲奎非正弦振動波形給定及切換、有無位移傳感器模式切換等相關(guān)功能進行測試和應(yīng)用研究,利用上位機人機監(jiān)控軟件和實際的拉鋼效果對所設(shè)計的功能進行了驗證。
【關(guān)鍵詞】：伺服電機驅(qū)動 連鑄結(jié)晶器 振動系統(tǒng) 預(yù)設(shè)性能 擴張狀態(tài)觀測器 雙冪次趨近律
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG233.6;TP273
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 連鑄結(jié)晶器振動技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 結(jié)晶器振動工藝模型的發(fā)展概況11-12
• 1.2.2 結(jié)晶器振動裝置的發(fā)展概況12-13
• 1.3 連鑄結(jié)晶器位移跟蹤控制的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析13-14
• 1.3.1 連鑄結(jié)晶器位移跟蹤控制的研究現(xiàn)狀13
• 1.3.2 非線性系統(tǒng)輸出跟蹤控制研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文研究內(nèi)容14-16
• 第2章 伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及分析16-25
• 2.1 伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及工作原理16
• 2.2 伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型16-21
• 2.2.1 伺服電機的數(shù)學(xué)模型16-19
• 2.2.2 機械傳動機構(gòu)的機理模型19-20
• 2.2.3 伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動系統(tǒng)模型20-21
• 2.3 連鑄結(jié)晶器振動系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型存在的問題及處理21-24
• 2.3.1 問題描述21-22
• 2.3.2 映射函數(shù)的建立22-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 第3章 伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動位移系統(tǒng)預(yù)設(shè)性能約束控制25-37
• 3.1 簡化模型26
• 3.2 基于預(yù)設(shè)性能反步控制器設(shè)計26-31
• 3.2.1 擴張狀態(tài)觀測器設(shè)計26-27
• 3.2.2 預(yù)設(shè)性能函數(shù)27-28
• 3.2.3 誤差轉(zhuǎn)化28-29
• 3.2.4 控制器設(shè)計29-31
• 3.3 仿真分析31-35
• 3.4 本章小結(jié)35-37
• 第4章 伺服電機驅(qū)動的連鑄結(jié)晶器振動位移系統(tǒng)反步滑�？刂�37-48
• 4.1 基于擴張狀態(tài)觀測器的結(jié)晶器位移系統(tǒng)反步滑模控制器設(shè)計37-42
• 4.1.1 擴張狀態(tài)觀測器設(shè)計37-38
• 4.1.2 雙冪次趨近律設(shè)計38-39
• 4.1.3 結(jié)晶器位移系統(tǒng)反步滑�？刂破髟O(shè)計39-42
• 4.2 仿真研究42-47
• 4.3 本章小結(jié)47-48
• 第5章 連鑄結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)及現(xiàn)場應(yīng)用試驗48-62
• 5.1 系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及硬件介紹48-53
• 5.1.1 系統(tǒng)的硬件介紹及組態(tài)48-50
• 5.1.2 FM458與伺服驅(qū)動器S120的通信設(shè)計50-53
• 5.2 連鑄結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)程序設(shè)計53-57
• 5.2.1 S120的參數(shù)自整定53-54
• 5.2.2 結(jié)晶器有位移傳感器時的啟動、切換程序54-56
• 5.2.3 結(jié)晶器無位移傳感器時的啟動、切換程序56-57
• 5.3 連鑄結(jié)晶器振動控制系統(tǒng)的現(xiàn)場應(yīng)用試驗57-61
• 5.3.1 有位移傳感器模式的啟動、波形切換試驗57-60
• 5.3.2 無位移傳感器模式時的波形切換試驗60-61
• 5.4 本章小結(jié)61-62
• 結(jié)論62-63
• 參考文獻63-67
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔的科研任務(wù)與主要成果67-68
• 致謝68

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