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隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)冷軋薄帶的需求量不斷增加，同時(shí)對(duì)其質(zhì)量的要求也越來(lái)越高．因此現(xiàn)代大型連軋機(jī)都裝備了先進(jìn)的計(jì)算機(jī)過(guò)程控制、鋼板厚度自動(dòng)控制、板形檢測(cè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，同時(shí)，連軋機(jī)又對(duì)主傳動(dòng)系統(tǒng)提出了高精度和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的技術(shù)要求．軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)涉及到軋鋼機(jī)械、電機(jī)、自動(dòng)控制技術(shù)以及電網(wǎng)等多個(gè)學(xué)科，系統(tǒng)龐大，當(dāng)機(jī)電配合不好時(shí)容易產(chǎn)生機(jī)電振動(dòng)現(xiàn)象。本文將對(duì)棒材軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和應(yīng)用做簡(jiǎn)單的介紹。

軋鋼過(guò)程中產(chǎn)生的機(jī)電振動(dòng)一般分3類：

1)電機(jī)與機(jī)械彈性聯(lián)接產(chǎn)生機(jī)電共振現(xiàn)象；
      2)軋制過(guò)程中負(fù)荷周期性變化產(chǎn)生的振動(dòng)；

3)軋制過(guò)程負(fù)荷突變產(chǎn)生的激勵(lì)振動(dòng)．在軋鋼過(guò)程中機(jī)電振動(dòng)將嚴(yán)重影響軋鋼生產(chǎn)，使活套、AC,C、板形控制無(wú)法正常工作，達(dá)不到自動(dòng)控制的效果，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至發(fā)生斷輥、斷軸事故，危及設(shè)備安全生產(chǎn)．

設(shè)計(jì)了軋機(jī)傳動(dòng)外擾負(fù)荷觀測(cè)器控制系統(tǒng)，有效消除了外擾對(duì)控制系統(tǒng)的影響．設(shè)計(jì)了基于等效負(fù)載擾動(dòng)觀測(cè)器的軋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)魯棒控制，對(duì)外界擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化具有很好的控制效果．然而，這些方法的負(fù)荷擾動(dòng)觀測(cè)器是基于對(duì)
象模型已知的條件下設(shè)計(jì)的，而實(shí)際系統(tǒng)模型并不能精確得到．基于以上原因，用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(F_SO)來(lái)觀測(cè)負(fù)荷擾動(dòng)及模型參數(shù)的不確定項(xiàng)，基于自抗擾控制(ADRC)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種既不依賴于對(duì)象模型，又具有較強(qiáng)魯棒性的軋機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)．

     自抗擾控制是韓京清研究員及其合作者經(jīng)過(guò)十幾年的研究，提出的一種非線性控制律．為了提高控制器的性能，ADRC采用了兩項(xiàng)重要的發(fā)明：一是通過(guò)簡(jiǎn)單的非線性算法，對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)以及狀態(tài)的各階微分進(jìn)行跟蹤控制；二是通過(guò)擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(F_SO)觀測(cè)出系統(tǒng)的狀態(tài)和“綜合擾動(dòng)項(xiàng)”，得到廣義狀態(tài)誤差并對(duì)擾動(dòng)項(xiàng)進(jìn)行前饋補(bǔ)償．也就是說(shuō)，ADRC既控制了系統(tǒng)的狀態(tài)，又控制了狀態(tài)的各階微分，同時(shí)還兼顧了擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，因此使控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性和魯棒性方面都有顯著提高．

2 軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)模型(Model of main drivesystem of rolling mil1)
直流電氣傳動(dòng)具有調(diào)速范圍廣、穩(wěn)速精度高、控制方便等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于冶金、建材、印刷、機(jī)床等行業(yè)，在拖動(dòng)領(lǐng)域中發(fā)揮著極其重要的作用．大型連軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)中采用直流傳動(dòng)和采用矢量控制交流傳動(dòng)的機(jī)電系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構(gòu)都可以等效為速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)．為此，下面以直流電機(jī)為對(duì)象進(jìn)行分析．

直流電氣傳動(dòng)的某冷連軋機(jī)第4機(jī)架基本動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)如圖1所示，由此得到軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的微分

軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)存在多種擾動(dòng)，這些擾動(dòng)是造成系統(tǒng)性能下降的主要因素，因此在設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)全面分析這些擾動(dòng)，以便對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償抑制．根據(jù)擾動(dòng)的性質(zhì)，將其分為以下3種主要形式：軋制負(fù)荷擾動(dòng)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)擾動(dòng)和參數(shù)攝動(dòng)．
     1)軋制負(fù)荷擾動(dòng)．
    齒輪傳動(dòng)間隙、聯(lián)軸器間隙、軋輥偏心等傳動(dòng)部件在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的周期性振動(dòng)會(huì)造成軋制負(fù)荷的周期性振動(dòng)．為此考慮如下形式的軋制負(fù)荷

2)轉(zhuǎn)矩系數(shù)擾動(dòng)．
    考慮實(shí)際存在電樞反應(yīng)或者由于補(bǔ)償繞組不能完全抵消電樞反應(yīng)的直流電機(jī)非線性模型，這種電樞反應(yīng)引起的非線性不確定性.

3 軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電振動(dòng)控制器設(shè)計(jì)(Design of electromechanical vibration controllerof main drive system)

負(fù)荷狀態(tài)觀測(cè)器是狀態(tài)觀測(cè)器的推廣，是一種特殊的一維狀態(tài)觀測(cè)器．從理論上構(gòu)造的負(fù)荷觀測(cè)器可以完全抵消負(fù)荷轉(zhuǎn)矩?cái)_動(dòng)．其詳細(xì)設(shè)計(jì)方法參見(jiàn)文獻(xiàn)．下面設(shè)計(jì)基于擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器的軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)自抗擾控制器．

3．1 非線性跟蹤微分器(Nonlinear tracking di ren—tiator)
      在實(shí)際工程問(wèn)題中，如何由不連續(xù)或帶隨機(jī)噪聲的量測(cè)信號(hào)合理地提取連續(xù)信號(hào)及微分信號(hào)直接關(guān)系到控制系統(tǒng)性能的好壞，實(shí)踐中，往往通過(guò)向后差分法得到微分信號(hào)，但該方法得到的結(jié)果往往含有噪聲，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能．為此，韓等發(fā)展了一種非線性跟蹤一微分器.

本文針對(duì)軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)存在不確定的軋制負(fù)荷擾動(dòng)和參數(shù)攝動(dòng)問(wèn)題，運(yùn)用擴(kuò)張狀態(tài)觀測(cè)器(ESO)對(duì)系統(tǒng)的綜合擾動(dòng)項(xiàng)進(jìn)行觀測(cè)，該觀測(cè)器不需要系統(tǒng)精確的數(shù)學(xué)模型即能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)很好的觀測(cè)，避免了擾動(dòng)負(fù)荷觀測(cè)器對(duì)系統(tǒng)模型的依賴性；并利用自抗擾控制(ADRC)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種新型的控制器．仿真結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)對(duì)外界負(fù)載擾動(dòng)和系統(tǒng)參數(shù)變化具有很好的魯棒性，且調(diào)節(jié)時(shí)間短、動(dòng)態(tài)速降小、恢復(fù)迅速，有效抑制了由于軋制負(fù)荷周期性變化和軋制負(fù)荷突變引起的機(jī)電振動(dòng)，為軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電振動(dòng)控制提供了一種新的方法．