轧机液压伺服系统多模型切换自适应控制研究

液压伺服系统是现代冷带轧机板厚板形控制系统的关键组成部分，其动、静态特性对带材精度具有重要影响。但是液压伺服系统具有较大的参数时变性、不确定性和非线性，尤其随着轧机压下过程而存在参数跳变：如轧机液压伺服系统力平衡方程中的弹性负载刚度系数和外负载力，在液压缸活塞接触到刚性负载前后存在从0到一个很大值的跳变，从而引起系统模型变化，影响系统性能。同时，轧机液压伺服系统中还存在控制输入受限的问题。因此，针对轧机液压伺服系统模型参数跳变以及控制输入受限问题进行多模型切换控制研究，可以提高液压伺服系统的稳定性，获得大范围工况下的动静态性能，提高被轧带材的精度和质量。该研究将进一步深化多模型切换控制在实践中的应用，可使理论成果面向实际，具有重要的研究意义。 本文首先根据液压伺服系统中主要环节的机理方程推导出系统的数学模型。然后，针对轧机液压伺服模型参数的跳变以及系统存在的控制输入受限的问题，建立了相应的多模型集。 其次，针对轧机液压伺服系统存在的参数跳变问题，提出了一种多模型切换自适应反步控制方法，利用反步法设计各个子系统的状态反馈控制器和不确定参数上界的自适应律，然后选择反步控制用到的Lyapunov函数作为整个切换系统的公共Lyapunov函数，保证了多模型切换系统在任意切换序列下的稳定性。然后和常规自适应反步控制进行了仿真对比。 最后，考虑物理条件限制下的输入受限问题，给出了一种多模型切换反步滑模控制策略，在子系统控制器中显性地考虑了控制输入饱和特性，保证了在输入受限情况下系统的稳定性，并用公共Lyapunov函数法证明了切换系统的稳定性。最后通过仿真验证了该方法的有效性。