文档介绍：Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
史密斯预估控制策略在厚规格轧制中的应用
史密斯预估控制策略在厚规格轧制中的应用
摘 要
热轧带钢厚度精制性能的跨越式进步。
本课题的研究，吸收、借鉴了近年来国内外在PID控制，Smith预估控制，AGC控制及对如何获得精确的数学模型等方面的最新发展和技术动向，以大量现场实测数据为依据，以Smith-AGC系统为研究中心，对实际生产过程进行全面彻底深入研究，并力争把先进的控制方法应用到板带热轧生产中去，做到理论与实际相结合。
面对我国板带轧制领域蓬勃的发展势头,本文的研究希望可以对我国板带轧制理论的研究与发展起到积极的促进作用。
课题研究意义
板厚是热轧板带质量的主要衡量指标之一，它直接关系到产品的质量和经济效益。厚度自动控制是提高带钢质量的重要方法之一，其目的是获得带钢纵向厚度的均匀性。目前，厚度自动控制系统已成为现代化板带生产中不可缺少的组成部分，它主要取决于精轧机组。现代热连轧精轧机组都装备有自动厚度控制系统，它用来克服带钢工艺参数波动对厚差的影响并对轧机参数的变动给予补偿[2]。长期以来AGC系统以反馈GM-AGC+MN-AGC为主体。对厚度控制采用“基于出口厚度偏差反馈闭环控制”的方法，缺乏对厚度偏差产生原因分析，针对不同原因采用不同措施的控制策略。影响带钢厚差的主要因素有三个：来料硬度波动(主要来自温度的波动)、来料厚度波动(来自粗轧区)和轧辊偏心，理论与实践都证明来料硬度波动是影响厚差的主要原因。
90年代以来，各新建及改建的热轧厂厚度控制精度及其百分比都有明显提高。随着用户要求的日益提高，常规的AGC系统已不能满足用户的要求，其控制系统的缺点不可忽略并成为进一步提高产品质量的关键。
从厚度控制原理的角度看，目前大都采用前馈、反馈、监控AGC等几种控制方法。本文主要是研究自动厚度的控制，即采用先进的控制技术与算法弥补常规AGC系统的不足（时间滞后环节），力求达到最优控制。控制的好与坏，直接关系到产品的质量（厚度精度）和生产的稳定性。因此，本课题的研究与实现具有重要的理论意义和实际意义。
国内外研究现状
随着钢铁行业的竞争日益激烈,高质量、高产量、高成材率、低成本已经成为现代钢铁企业得以生存的必备条件。这就要求企业采用先进工艺、先进设备、先进的控制策略来完善控制系统。热连轧带钢精度一直是提高产品质量的主要目标。正因如此，厚度设定模型及自动厚度控制（AGC）曾是热连轧带钢自动化首先实现的功能，减少头尾不考核长度是当前努力的方向[3] （一般是不考虑头10m和尾10m）.
20世纪50年代，由史密斯（Smith）和雷斯威克（Reswick）先后提出了以补偿原理构成的系统方案。不过这种补偿原理与前馈是不同的，它是按照过程的特性，设想出一种模型加到反馈控制中，以补偿过程的动态特性。换言之，就是从补偿厚度的等效对象模型中消除其纯滞后特性。因而控制质量可以得到很大的提高。Reswick提出的补偿控制方案，甚至当过程特性参数/T=时，其控制效果仍能令人满意。但其基本原理与Smith预估补偿原理相似。本文只讨论Smith预估的研究，希望可以通过其优越的控制性来补偿带钢热轧过程中的纯滞后，使系统更优越、完善。但研究表明Smith预估的前提使要获得很精确的数学模型才能起到很好的控制作用。一般当过程参数变化10%～15%时，Smith预估补偿就失去了其良好的控制效果。因此，虽在理论上证明了Smith预估补偿的良好补偿功能，但在工程上仍存在着一定的局限性。为此，很多科学工作者先后提出了一些改进方案。
2 数字PID控制与Smith控制系统
数字PID控制在生产过程中是一种最普遍采用的控制方法，在冶金、机械、化工等行业中获得广泛应用。本章主要介绍了PID控制基本原理，数字PID控制算法[4]及Smith预估控制系统。
PID控制原理
在模拟系统中，控制器最常用的控制规律是PID控制。常规PID控制系统原理框图如图所示。系统由模拟PID控制器和被控对象组成。
图 模拟PID控制系统原理图
PID控制器是一种线性控制器，它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差 （）
将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。其控制规律为
或写成传递函数
）
式中KP——比例系数 TI