申请/专利权人：河南科技大学

申请日：2023-07-27

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN117181825B

主分类号：B21B37/74

分类号：B21B37/74;B21B45/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2023.12.26#实质审查的生效;2023.12.08#公开

摘要：本发明公开了一种热轧带钢层流冷却过程边界控制方法，涉及热轧带钢层流冷却过程控制技术领域，包括：结合热轧带钢实际温度与期望温度建立热轧带钢层流冷却过程的温度误差系统模型；构造抗异常值观测器准确地观测热轧带钢温度，同时设计模糊采样边界控制器实现热轧带钢的快速冷却，进而得到观测误差系统模型；参照温度误差系统模型和观测误差系统模型进行李雅普诺夫稳定性分析，通过抗异常值观测器和采样边界控制器实现带钢温度收敛到期望温度。本发明可以避免测量异常对观测性能的影响，具有较好的鲁棒性，能有效避免传感器的频繁更新，降低传感器故障发生的风险和控制成本，同时保证了热轧带钢的温度收敛到期望温度。

主权项：1.一种热轧带钢层流冷却过程边界控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据热轧带钢层流冷却过程的数学模型，建立热轧带钢层流冷却过程的温度误差系统模型；步骤2、通过温度传感器测得层流冷却过程的带钢温度，并构造抗异常值观测器估计热轧带钢层流冷却过程中不完全可测的热轧带钢温度，然后，根据估计的热轧带钢温度设计模糊采样边界控制器，进而得到观测误差系统模型；步骤3、参照温度误差系统模型和观测误差系统模型进行李雅普诺夫稳定性分析，得到热轧带钢层流冷却过程稳定的充分条件后进行解耦处理，利用MATLAB求解观测器增益和采样边界控制器增益，然后基于观测器增益和采样边界控制器增益，通过抗异常值观测器和采样边界控制器实现带钢温度收敛到期望温度，即完成了热轧带钢层流冷却过程的温度控制；步骤1中，热轧带钢层流冷却过程的数学模型为： 热轧带钢层流冷却过程的数学模型的边界条件表示为： 热轧带钢层流冷却过程的数学模型的初始条件表示为：Tx,0＝T0其中，t表示冷却时间，x表示带钢厚度，l＝0.01m，l表示带钢的最大厚度，m代表单位米，Tx,t表示带钢温度，Ttx,t和Txx,t分别代表带钢温度关于时间和空间的一阶导数，Tx0,t和Txl,t分别代表Txx,t在0和l处的值，Tl,t代表带钢温度Tx,t在l处的值，Txxx,t代表带钢温度对空间的二阶导数，T0代表带钢初始温度，表示相变速率，表示相变潜热， 表示带钢材料的导热系数， 表示水的传热系数，表示带钢比热，表示带钢密度，Twt表示水温；定义温度误差变量和边界控制输入其中，Td代表带钢的期望温度，然后结合热轧带钢层流冷却过程的数学模型，得到热轧带钢层流冷却过程的温度误差系统模型为：stx,t＝αsxxx,t+fsx,t,x，其满足边界条件sx0,t＝0和sxl,t＝gut+dsl,t，且 其中，α，g和d为计算系数，sl,t代表温度误差sx,t在l处的值，stx,t和sxx,t分别代表sx,t关于时间和空间的一阶导数，sxxx,t代表sx,t对空间的二阶导数，sx0,t和sxl,t分别代表sxx,t在0和l处的值，b1＝383.7667×8168和b2＝1000是两个常数，εx＝1+0.001cos2πxl是一个关于带钢厚度x的函数；步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、将热轧带钢层流冷却过程的温度误差系统模型表示为如下模糊模型： 式中，代表前件变量，i代表模糊规则，r＝2代表模糊规则数，σ1x＝-1，σ2x＝-ψ，ψ＝0.08，步骤2.2、根据步骤2.1的模糊模型构造抗异常值观测器估计热轧带钢层流冷却过程中不完全可测的热轧带钢温度，抗异常值观测器为： 其中，该抗异常值观测器满足边界条件和且初始条件代表观测状态，代表在l处的值，代表在零时刻的值，和分别代表关于时间和空间的一阶导数，代表对空间的二阶导数，和分别代表在0和l处的值，ytk＝sl,tk和分别代表实际测量输出和观测测量输出，sl,tk代表sx,t在l和采样时刻tk处的值，k是非负整数，代表在l和tk处的值，是关于的饱和函数，其作用在于消除测量值过大对观测性能的影响，其中Li代表观测器增益，ΔLi代表观测器增益扰动并满足ΔLi＝DiΛtFi，Di和Fi是给定的参数，Λt是未知函数并满足ΛTtΛt≤I，其中ΛTt代表Λt的转置，I代表单位矩阵；步骤2.3、定义变量利用抗异常值观测器估计热轧带钢层流冷却过程中不完全可测的热轧带钢温度，然后根据热轧带钢温度设计模糊采样边界控制器如下： 式中，j代表模糊规则，代表隶属度函数，kj代表控制器增益；步骤2.4、根据抗异常值观测器和模糊采样边界控制器得到闭环系统： 其边界条件满足： 步骤2.5、定义观测误差变量结合闭环系统得到观测误差系统模型： 其中，观测误差系统模型满足边界条件ex0,t＝0和exl,t＝del,t，etx,t和exx,t分别代表观测误差变量ex,t关于时间和空间的一阶导数，exxx,t代表ex,t对空间的二阶导数，ex0,t和exl,t分别代表exx,t在0和l处的值，el,t代表ex,t在l处的值。

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