D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.05.018 第34卷第5期 北京科技大学学报 Vol.34 No.5 2012年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2012 前馈厚度控制的外部自激励定量反馈调节 张 明杨卫东 北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室，北京100083 ☒通信作者，E-mail:afflatuszm@gmail.com 摘要分析了板材轧制过程中出口厚度变化的成因.将不确定扰动的影响归结为轧机刚度系数摄动和轧件塑性系数摄动， 建立了双摄动厚度控制模型.综合考虑轧机系统的外部不确定扰动，针对轧制道次间的不确定性，在频域内将板厚信息转化 为轧机系统边界性能指标，设计抑制前馈扰动的外部自激励定量反馈控制器.仿真实验表明，设计的控制器能有效抑制轧制 过程中的外部扰动，具有良好的鲁棒性能，并能直观保证系统调整时的鲁棒稳定性，适于工业生产 关键词轧机：自动厚度控制：定量反馈理论：参数摄动：回路成形：控制器：鲁棒性 分类号TP273 External excited adaptive QFT tuning for feed-forward AGC systems ZHANG Ming,YANG Wei-dong Key Lab of the Ministry of Education of China for Advanced Control of Iron and Steel Process,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:afflatuszm@gmail.com ABSTRACT Causes for plate thickness variation in the rolling process were analyzed.Uncertain disturbances in the rolling process were attributed to mill stiffness modulus perturbation and stock plastic coefficient perturbation,and then a dual perturbation automatic gauge control (AGC)theory was established.Considering the external disturbances of the rolling mill system,especially uncertainties between passes,the thickness information was converted to boundary specifications in the frequency domain.For disturbance attenua- tion,a controller based on the external excited adaptive quantitative feedback theory (QFT)was designed with loop shaping.The controller can effectively suppress external disturbances in the rolling process,and has a good robust performance,which can ensure ro- bust stability in system adjustment.The proposed method is suitable for industrial production. KEY WORDS rolling mills:automatic gauge control:quantitative feedback theory:parameter perturbation:loop shaping;control- lers:robustness 定量反馈理论(quantitative feedback theory, 业生产领域。热轧板带生产是一个复杂的多变量不 QFT)是Horowitz教授提出并发展起来的一种针对 确定系统集合，对热轧板带控制系统不确定性的分 不确定性系统的鲁棒控制器设计理论).它将经典 析与设计一直是研究的热点.传统板厚控制策略多 控制理论的频域校正思想推广到不确定系统的分析 以获得精确的被控对象模型为目标，通过经典的弹 中，从理论上保证了系统鲁棒稳定，具有很好的工程 跳方程，在基本轧制物理原理的基础上，辅以不同类 实践性 型的补偿，以获得精确的控制量).然而，工业被控 控制科学本质上是一门以解决工程中控制问题 对象模型难以精确得出，设计的控制器往往有较大 为主要目的的技术科学回.现实中大部分系统都具 的保守性。由此，一类以保证生产顺利进行而不依 有不确定性.定量反馈理论正是一种针对反馈控制 赖于系统不确定性的鲁棒控制器应运而生.有学者 系统中具有高度不确定性的频域工程设计理论，其 提出了鲁棒自动厚度控制(automatic gauge control, 应用研究最早始于飞行器设计，并正逐步扩展到工 AGC)设计策略.定量反馈理论基于鲁棒思想，可 收稿日期：20110321 基金项目：国家高技术专项(2005-1)：北京市教委重点学科控制理论与控制工程资助项目(XK100080537)第 34 卷 第 5 期 2012 年 5 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 5 May 2012 前馈厚度控制的外部自激励定量反馈调节 张 明 杨卫东 北京科技大学钢铁流程先进控制教育部重点实验室，北京 100083 通信作者，E-mail: afflatuszm@ gmail． com 摘 要 分析了板材轧制过程中出口厚度变化的成因． 将不确定扰动的影响归结为轧机刚度系数摄动和轧件塑性系数摄动， 建立了双摄动厚度控制模型． 综合考虑轧机系统的外部不确定扰动，针对轧制道次间的不确定性，在频域内将板厚信息转化 为轧机系统边界性能指标，设计抑制前馈扰动的外部自激励定量反馈控制器． 仿真实验表明，设计的控制器能有效抑制轧制 过程中的外部扰动，具有良好的鲁棒性能，并能直观保证系统调整时的鲁棒稳定性，适于工业生产． 关键词 轧机; 自动厚度控制; 定量反馈理论; 参数摄动; 回路成形; 控制器; 鲁棒性 分类号 TP273 External excited adaptive QFT tuning for feed-forward AGC systems ZHANG Ming ，YANG Wei-dong Key Lab of the Ministry of Education of China for Advanced Control of Iron and Steel Process，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China Corresponding author，E-mail: afflatuszm@ gmail． com ABSTRACT Causes for plate thickness variation in the rolling process were analyzed． Uncertain disturbances in the rolling process were attributed to mill stiffness modulus perturbation and stock plastic coefficient perturbation，and then a dual perturbation automatic gauge control ( AGC) theory was established． Considering the external disturbances of the rolling mill system，especially uncertainties between passes，the thickness information was converted to boundary specifications in the frequency domain． For disturbance attenua￾tion，a controller based on the external excited adaptive quantitative feedback theory ( QFT) was designed with loop shaping． The controller can effectively suppress external disturbances in the rolling process，and has a good robust performance，which can ensure ro￾bust stability in system adjustment． The proposed method is suitable for industrial production． KEY WORDS rolling mills; automatic gauge control; quantitative feedback theory; parameter perturbation; loop shaping; control￾lers; robustness 收稿日期: 2011--03--21 基金项目: 国家高技术专项( 2005--1) ; 北京市教委重点学科控制理论与控制工程资助项目( XK100080537) 定 量 反 馈 理 论 ( quantitative feedback theory， QFT) 是 Horowitz 教授提出并发展起来的一种针对 不确定性系统的鲁棒控制器设计理论［1］． 它将经典 控制理论的频域校正思想推广到不确定系统的分析 中，从理论上保证了系统鲁棒稳定，具有很好的工程 实践性． 控制科学本质上是一门以解决工程中控制问题 为主要目的的技术科学［2］． 现实中大部分系统都具 有不确定性． 定量反馈理论正是一种针对反馈控制 系统中具有高度不确定性的频域工程设计理论，其 应用研究最早始于飞行器设计，并正逐步扩展到工 业生产领域． 热轧板带生产是一个复杂的多变量不 确定系统集合，对热轧板带控制系统不确定性的分 析与设计一直是研究的热点． 传统板厚控制策略多 以获得精确的被控对象模型为目标，通过经典的弹 跳方程，在基本轧制物理原理的基础上，辅以不同类 型的补偿，以获得精确的控制量［3］． 然而，工业被控 对象模型难以精确得出，设计的控制器往往有较大 的保守性． 由此，一类以保证生产顺利进行而不依 赖于系统不确定性的鲁棒控制器应运而生． 有学者 提出了鲁棒自动厚度控制( automatic gauge control， AGC) 设计策略［4］． 定量反馈理论基于鲁棒思想，可 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.05.018