D0I:10.13374/i.issnl00113.2009.10.03 第31卷第10期 北京科技大学学报 Vol.31 No.10 2009年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2009 热连轧板形板厚多变量系统鲁棒控制 景鹏童朝南 李江昀肖磊 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要针对板形板厚多变量复杂系统，以板形和板厚质量为主要控制目标，以弯辊力和辊缝为主要控制变量建立系统模 型.基于某热连轧实际生产参数得到具体数学模型.针对建模过程中忽略掉的各种次要因素的影响及扰动和参数摄动，应用 Malb鲁棒控制工具箱对系统进行耦合分析并求解出鲁棒控制器，通过均衡处理的控制器降阶算法得到低阶鲁棒控制器.仿 真结果验证所设计控制器具有良好的解耦效果、抗干扰能力和抗参数摄动能力 关键词带钢轧制；鲁棒控制：控制器降阶：解耦控制 分类号TP273:TG335.11 Robust control for a combined shape and gauge multivariable system in hot strip rolling JING Peng,TONG Chao-nan,LI Jiang"yun,XIAO Lei School of Information Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT A multivariable system model was constructed with strip flatness and thickness as the control objectives and with bend- ing force and gauge as the main control variables for a combined shape and gauge system,and its mathematical expression was pre- sented on the base of some industrial data in hot strip rolling process.Taking various kinds of secondary factors.perturbation and dis- turbance into consideration,a full order robust controller was given with the robust control toolbox in Matlab,and then a loworder controller was developed through balancing approximation in closed-loop design.Simulation results show the good performance of de- coupling,anti-disturbance and anti-parameter"perturbation. KEY WORDS strip rolling:robust control:controller reduction:decoupling control 热连轧生产过程中的板形板厚质量控制系统是 耦合模型和控制算法]也不断提出 典型的多变量系统，良好的板形和板厚质量是生产 在自动控制理论与技术上，先进的鲁棒控制理 过程控制的目标，主要的可控制量是辊缝和弯辊力， 论已经成为研究的热点并在化工、电子和航天等系 长期以来，板形和板厚质量控制系统是各自独立的， 统中得到应用，这种算法可以较好地处理各种系统 一方的控制动作影响另一方的质量指标，但是，在 不确定性的问题，尤其对干扰和模型摄动有很好的 产品质量要求日益提高的今天，板形板厚质量需要 抑制作用，本文在前人工作基础上，研究板形板厚 协调的问题日益突出，近年来，不断有学者对板形 多变量综合系统，考虑到实际生产中还存在各种扰 板厚的耦合关系及耦合系统建模进行研究]，对 动和不确定性，引进先进的鲁棒控制策略，保证了满 耦合系统控制问题的研究也日益成为板形板厚质量 意的板形和板厚质量指标 控制的热点[3]，各种先进的控制策略被引入板形板 1板形板厚系统基本模型 厚质量控制系统中，像自适应控制、模糊控制、神经 元网络解耦和逆系统方法[]，随着各种需求的提 轧制过程包含十分繁杂的物理化学变化，而针 高，考虑的影响板形板厚质量的因素越来越多，新的 对板形和板厚几何尺寸指标的控制也涉及许多控制 收稿日期：2009-03-15 基金项目：北京市教委重点学科共建资助项目(N。,XK100080537) 作者简介：景鹏(1982一)，男，博士研究生；童朝南(1955一)，男，教授，博士生导师，E-mail:tcm@ies-ustb.edu.cn热连轧板形板厚多变量系统鲁棒控制 景 鹏 童朝南 李江昀 肖 磊 北京科技大学信息工程学院‚北京100083 摘 要 针对板形板厚多变量复杂系统‚以板形和板厚质量为主要控制目标‚以弯辊力和辊缝为主要控制变量建立系统模 型．基于某热连轧实际生产参数得到具体数学模型．针对建模过程中忽略掉的各种次要因素的影响及扰动和参数摄动‚应用 Matlab 鲁棒控制工具箱对系统进行耦合分析并求解出鲁棒控制器‚通过均衡处理的控制器降阶算法得到低阶鲁棒控制器．仿 真结果验证所设计控制器具有良好的解耦效果、抗干扰能力和抗参数摄动能力． 关键词 带钢轧制；鲁棒控制；控制器降阶；解耦控制 分类号 TP273；TG335∙11 Robust control for a combined shape and gauge multivariable system in hot strip rolling JING Peng‚T ONG Chao-nan‚LI Jiang-yun‚XIA O Lei School of Information Engineering‚University of Science and Technology Beijing‚Beijing100083‚China ABSTRACT A multivariable system model was constructed with strip flatness and thickness as the control objectives and with bend￾ing force and gauge as the main control variables for a combined shape and gauge system‚and its mathematical expression was pre￾sented on the base of some industrial data in hot strip rolling process．Taking various kinds of secondary factors‚perturbation and dis￾turbance into consideration‚a full order robust controller was given with the robust control toolbox in Matlab‚and then a low-order controller was developed through balancing approximation in closed-loop design．Simulation results show the good performance of de￾coupling‚ant-i disturbance and ant-i parameter-perturbation． KEY WORDS strip rolling；robust control；controller reduction；decoupling control 收稿日期：20090315 基金项目：北京市教委重点学科共建资助项目（No．XK100080537） 作者简介：景 鹏（1982—）‚男‚博士研究生；童朝南（1955—）‚男‚教授‚博士生导师‚E-mail：tcn＠ies．ustb．edu．cn 热连轧生产过程中的板形板厚质量控制系统是 典型的多变量系统‚良好的板形和板厚质量是生产 过程控制的目标‚主要的可控制量是辊缝和弯辊力． 长期以来‚板形和板厚质量控制系统是各自独立的‚ 一方的控制动作影响另一方的质量指标．但是‚在 产品质量要求日益提高的今天‚板形板厚质量需要 协调的问题日益突出．近年来‚不断有学者对板形 板厚的耦合关系及耦合系统建模进行研究［1—2］‚对 耦合系统控制问题的研究也日益成为板形板厚质量 控制的热点［3］‚各种先进的控制策略被引入板形板 厚质量控制系统中‚像自适应控制、模糊控制、神经 元网络解耦和逆系统方法［4—6］．随着各种需求的提 高‚考虑的影响板形板厚质量的因素越来越多‚新的 耦合模型［7］和控制算法［8］也不断提出． 在自动控制理论与技术上‚先进的鲁棒控制理 论已经成为研究的热点并在化工、电子和航天等系 统中得到应用‚这种算法可以较好地处理各种系统 不确定性的问题‚尤其对干扰和模型摄动有很好的 抑制作用．本文在前人工作基础上‚研究板形板厚 多变量综合系统‚考虑到实际生产中还存在各种扰 动和不确定性‚引进先进的鲁棒控制策略‚保证了满 意的板形和板厚质量指标． 1 板形板厚系统基本模型 轧制过程包含十分繁杂的物理化学变化‚而针 对板形和板厚几何尺寸指标的控制也涉及许多控制 第31卷 第10期 2009年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．10 Oct．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．10．023