D010.13374斤.isn0W53x.2010.11.022 第32卷第11期 北京科技大学学报 Vol 32 N911 2010年11月 Journal ofUniversity of Science and Technobgy Bejjing Noy 2010 基于H混合灵敏度的冷连轧机多变量解耦鲁棒控制 李仲德杨卫东 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要冷连轧过程中的厚度和张力系统具有多变量、强耦合和不确定特点，为了提高系统的控制精度和控制性能，提出了 基于不变性原理解耦的以混合灵敏度鲁棒控制策略.首先，建立了厚度和张力系统的动态耦合模型，并应用不变性解耦原理 实现了对厚度和张力系统的解耦.其次，针对系统存在的建模误差、参数摄动和外部扰动等不确定性，采用以混合灵敏度方 法设计了鲁棒控制器来保证系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能.仿真结果表明解耦后的厚度和张力系统可以获得更好的控制效 果.验证了本算法的有效性 关键词冷连轧机：鲁棒控制：多变量系统：耦合模型：解耦：灵敏度 分类号TP273.5 Multivar ab le decoupling robust control for tandem cold m ills based on H m ixed sensitivity LI Zhong de YANG Wei dong Schpol of hpmation Engneerng University of Scence and Technokgy Beijing Beijng100083 China ABSTRACT The hickness and tension system n tandem coH rolling has he features such asmultivarjatian strong ooupling and un cerminty To in prove its con tol accu racy and quality a new robust contol scheme based on the invariance decoupling heory and H m xed sensitit method was presented First a dyna ic couplngmalel or he thickness and tension system was built and the invar iance-decoup ling heor was appled to cmpletely decoup e he thickness and tension systm Then pr systematic uncerainty ofmod eling eror param eter perubatian and extenal disturbance a robust controlerwas designed based on H mixed sens itivity method ensure the robust stab ility and robust perpmance of the system Siuation resu lts shov that the hickness and ens ion syskm afer de coup ling s contoled beter proving the vald ity of the a goritlm KEY WORDS coH rollingm ills robust con trol mu ltivariable systems couplng model decoupling sensitivity 在带钢的冷连轧生产过程中，大张力轧制是一 计行之有效的控制方案.国内外学者在这方面做了 个重要特点，维持机架间张力恒定是保证轧制过程 许多研究：文献[5]从张力一速度系统的耦合动力 顺利进行和提高成品带钢厚度精度的关键·.到目 学模型入手，针对平整机的张力和工作辊速度提出 前为止，对冷连轧过程中厚度和张力系统的控制，大 基于极点配置的解耦控制策略：文献[6]针对冷连 多以交互作用的静态分析为基础，并在此基础上采 轧机采用基于工作点的线性化模型，进行动态规格 用单变量控制系统的设计原则独立进行设计，这种 变换控制时系统误差和张力波动较大的问题，提出 方案由于没有考虑厚度和张力等变量间的耦合关 了一种基于递推分段线性化模型的PD(Proportian 系，因此很难进一步提高成品带钢的厚度精度2一. al integraldifferen tia解耦控制方案；文献[7]分析 为了减小带钢厚度和张力间的相互影响，进一步提 了冷连轧机张力和厚度控制间的交互作用以及分散 高带钢的厚度和张力控制精度，需要对由厚度和张 控制模式；文献[8)对宽带钢冷连轧过程中板形、板 力系统组成的多变量、强耦合系统进行分析，进而设 厚和张力控制的各种影响因素进行了系统分析，建 收稿日期：2009一11一18 基金项目：国家高技术专项项目(N?2005一1)：北京市教委重点学科控制理论与控制工程项目(N9XK00080537) 作者简介：李仲德(1976-).男.博士研究生：杨卫东(1952-)，男，教授，博士生导师，Emaw49520126m第 32卷 第 11期 2010年 11月 北 京 科 技 大 学 学 报 JournalofUniversityofScienceandTechnologyBeijing Vol.32 No.11 Nov.2010 基于 H∞ 混合灵敏度的冷连轧机多变量解耦鲁棒控制 李仲德 杨卫东 北京科技大学信息工程学院, 北京 100083 摘 要 冷连轧过程中的厚度和张力系统具有多变量、强耦合和不确定特点, 为了提高系统的控制精度和控制性能, 提出了 基于不变性原理解耦的 H∞混合灵敏度鲁棒控制策略.首先, 建立了厚度和张力系统的动态耦合模型, 并应用不变性解耦原理 实现了对厚度和张力系统的解耦.其次, 针对系统存在的建模误差、参数摄动和外部扰动等不确定性, 采用 H∞混合灵敏度方 法设计了鲁棒控制器来保证系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能.仿真结果表明解耦后的厚度和张力系统可以获得更好的控制效 果, 验证了本算法的有效性. 关键词 冷连轧机;鲁棒控制;多变量系统;耦合模型;解耦;灵敏度 分类号 TP273 +.5 Multivariabledecouplingrobustcontrolfortandem coldmillsbasedonH∞ mixedsensitivity LIZhong-de, YANGWei-dong SchoolofInformationEngineering, UniversityofScienceandTechnologyBeijing, Beijing100083, China ABSTRACT Thethicknessandtensionsystemintandemcoldrollinghasthefeaturessuchasmultivariation, strongcouplingandun￾certainty.Toimproveitscontrolaccuracyandquality, anewrobustcontrolschemebasedontheinvariance-decouplingtheoryandH∞ mixedsensitivitymethodwaspresented.First, adynamiccouplingmodelforthethicknessandtensionsystemwasbuilt, andtheinvar￾iance-decouplingtheorywasappliedtocompletelydecouplethethicknessandtensionsystem.Then, forsystematicuncertaintyofmod￾elingerror, parameterperturbationandexternaldisturbance, arobustcontrollerwasdesignedbasedonH∞ mixedsensitivitymethodto ensuretherobuststabilityandrobustperformanceofthesystem.Simulationresultsshowthatthethicknessandtensionsystemafterde￾couplingiscontroledbetter, provingthevalidityofthealgorithm. KEYWORDS coldrollingmills;robustcontrol;multivariablesystems;couplingmodel;decoupling;sensitivity 收稿日期:2009-11-18 基金项目:国家高技术专项项目 ( No.2005-1) ;北京市教委重点学科控制理论与控制工程项目 (No.XK100080537) 作者简介:李仲德 ( 1976— ), 男, 博士研究生;杨卫东 ( 1952— ), 男, 教授, 博士生导师, E-mail:ywd1952@126.com 在带钢的冷连轧生产过程中, 大张力轧制是一 个重要特点, 维持机架间张力恒定是保证轧制过程 顺利进行和提高成品带钢厚度精度的关键 [ 1] .到目 前为止, 对冷连轧过程中厚度和张力系统的控制, 大 多以交互作用的静态分析为基础, 并在此基础上采 用单变量控制系统的设计原则独立进行设计, 这种 方案由于没有考虑厚度和张力等变量间的耦合关 系, 因此很难进一步提高成品带钢的厚度精度 [ 2 -4] . 为了减小带钢厚度和张力间的相互影响, 进一步提 高带钢的厚度和张力控制精度, 需要对由厚度和张 力系统组成的多变量 、强耦合系统进行分析, 进而设 计行之有效的控制方案 .国内外学者在这方面做了 许多研究 :文献 [ 5] 从张力 -速度系统的耦合动力 学模型入手, 针对平整机的张力和工作辊速度提出 基于极点配置的解耦控制策略 ;文献 [ 6] 针对冷连 轧机采用基于工作点的线性化模型, 进行动态规格 变换控制时系统误差和张力波动较大的问题, 提出 了一种基于递推分段线性化模型的 PID( proportion￾alintegraldifferential) 解耦控制方案 ;文献 [ 7] 分析 了冷连轧机张力和厚度控制间的交互作用以及分散 控制模式 ;文献 [ 8]对宽带钢冷连轧过程中板形、板 厚和张力控制的各种影响因素进行了系统分析, 建 DOI :10 .13374 /j .issn1001 -053x .2010 .11 .022