用误差预报校正的电液伺服系统预测控制的研究

　　1 前言

　　液压弯辊力控制是板形控制技术的最基本环节,其主要作用是控制二次板形缺陷。由于带材实际轧制过程环境恶劣,带材板形受到各种各样的干扰,因此要求控制系统具有较高的动态响应速度及其稳态跟踪精度。传统的轧机电液伺服弯辊力控制系统多数采用常规的PID控制,但由于实际系统随机干扰严重,难以建立较为准确的数学模型,同时电液伺服系统本身具有慢时变、非线性等特性,以及生产过程中温度变化、来料波动等有界扰动因素的影响,使控制系统产生不可避免的误差,实践证明PID控制很难满足高精度板形控制的要求[1]。

　　本文在不改变原有轧机弯辊控制系统的基础上,通过对电液压伺服控制策略的研究,采用广义预测控制算法对电液伺服弯辊板形系统进行控制,为提高液压弯辊回路对弯辊力目标给定值的跟随性能力,在控制策略中对液压弯辊力的未来输出误差进行预测并予以补偿。传统的误差补偿,模型输出仅用现在时刻误差进行校正,即用当前一个时刻的误差对输出误差进行校正,例如利用神经网络和模糊推理方法对预测输出进行误差补偿[2、3],多为这种一步预报,即用一步误差及其误差变化率通过模糊查询对输出进行前馈[4],而且系统要进行训练和在线辨识。本文利用随机序列时间预报的策略,对液压弯辊力未来输出误差进行多步预报,并以此对预测输出进行补偿以提高板形精度。

　　2 电液弯辊力系统的预测控制模型

　　2.1 电液伺服系统的特性分析

　　液压弯辊控制系统主要由伺服放大器、电液压力伺服阀和液压缸及压力传感器几部分组成。在液压弯辊控制系统中,通常电液伺服阀的滑阀采用的是正开口三通滑阀,其流量特性方程为:

　　其中:c₁为节流口系数,Δ为阀门正开量,x为滑阀位移,ps为油源压力,p为负载压力。由上式可知,滑阀的节流特性是非线性的,实际工程中为了理论分析方便,通常将上式进行如下的线性简化:

　　式中:Ka为流量增益系数,Ks为阀口流量压力系数。通过对流量特性方程的分析可知,流量增益系数Ka和阀口流量压力系数Ks主要受滑阀位移x和负载压力p变化的影响。根据流量连续性原理,在对液压系统研究时,应将油的压缩特性与漏损流量也考虑进去,则流入体系的流量等于油液被压缩而损失的流量与漏损流量及该流体体系的体积增加率之和,即:

　　其中A,y分别表示液压缸活塞的总面积和位移量,V、B分别为油的体积和容积弹性模数,Bp为油液的外漏系数。可见油的体积V随着压力p及漏损流量而变化,因而控制系统具有时变的特性。