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隨著現(xiàn)代化工業(yè)的迅猛發(fā)展，各行各業(yè)對冷軋薄帶的需求量不斷增加，同時對其質(zhì)量的要求也越來越高．因此現(xiàn)代大型連軋機都裝備了先進的計算機過程控制、鋼板厚度自動控制、板形檢測自動控制系統(tǒng)，同時，連軋機又對主傳動系統(tǒng)提出了高精度和高動態(tài)響應的技術要求．軋機傳動系統(tǒng)涉及到軋鋼機械、電機、自動控制技術以及電網(wǎng)等多個學科，系統(tǒng)龐大，當機電配合不好時容易產(chǎn)生機電振動現(xiàn)象。本文將對棒材軋機主傳動系統(tǒng)設計和應用做簡單的介紹。

軋鋼過程中產(chǎn)生的機電振動一般分3類：

1)電機與機械彈性聯(lián)接產(chǎn)生機電共振現(xiàn)象；
      2)軋制過程中負荷周期性變化產(chǎn)生的振動；

3)軋制過程負荷突變產(chǎn)生的激勵振動．在軋鋼過程中機電振動將嚴重影響軋鋼生產(chǎn)，使活套、AC,C、板形控制無法正常工作，達不到自動控制的效果，影響產(chǎn)品質(zhì)量，甚至發(fā)生斷輥、斷軸事故，危及設備安全生產(chǎn)．

設計了軋機傳動外擾負荷觀測器控制系統(tǒng)，有效消除了外擾對控制系統(tǒng)的影響．設計了基于等效負載擾動觀測器的軋機傳動系統(tǒng)魯棒控制，對外界擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化具有很好的控制效果．然而，這些方法的負荷擾動觀測器是基于對
象模型已知的條件下設計的，而實際系統(tǒng)模型并不能精確得到．基于以上原因，用擴張狀態(tài)觀測器(F_SO)來觀測負荷擾動及模型參數(shù)的不確定項，基于自抗擾控制(ADRC)技術設計了一種既不依賴于對象模型，又具有較強魯棒性的軋機傳動控制系統(tǒng)．

     自抗擾控制是韓京清研究員及其合作者經(jīng)過十幾年的研究，提出的一種非線性控制律．為了提高控制器的性能，ADRC采用了兩項重要的發(fā)明：一是通過簡單的非線性算法，對系統(tǒng)的狀態(tài)以及狀態(tài)的各階微分進行跟蹤控制；二是通過擴張狀態(tài)觀測器(F_SO)觀測出系統(tǒng)的狀態(tài)和“綜合擾動項”，得到廣義狀態(tài)誤差并對擾動項進行前饋補償．也就是說，ADRC既控制了系統(tǒng)的狀態(tài)，又控制了狀態(tài)的各階微分，同時還兼顧了擾動的動態(tài)補償，因此使控制系統(tǒng)在穩(wěn)定性和魯棒性方面都有顯著提高．

2 軋機主傳動系統(tǒng)模型(Model of main drivesystem of rolling mil1)
直流電氣傳動具有調(diào)速范圍廣、穩(wěn)速精度高、控制方便等優(yōu)點，因此被廣泛應用于冶金、建材、印刷、機床等行業(yè)，在拖動領域中發(fā)揮著極其重要的作用．大型連軋機主傳動系統(tǒng)中采用直流傳動和采用矢量控制交流傳動的機電系統(tǒng)傳遞函數(shù)結(jié)構都可以等效為速度和電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)．為此，下面以直流電機為對象進行分析．

直流電氣傳動的某冷連軋機第4機架基本動態(tài)結(jié)構如圖1所示，由此得到軋機主傳動系統(tǒng)的微分

軋機主傳動系統(tǒng)在運行時存在多種擾動，這些擾動是造成系統(tǒng)性能下降的主要因素，因此在設計控制系統(tǒng)時全面分析這些擾動，以便對其進行補償抑制．根據(jù)擾動的性質(zhì)，將其分為以下3種主要形式：軋制負荷擾動、轉(zhuǎn)矩系數(shù)擾動和參數(shù)攝動．
     1)軋制負荷擾動．
    齒輪傳動間隙、聯(lián)軸器間隙、軋輥偏心等傳動部件在運行過程中產(chǎn)生的周期性振動會造成軋制負荷的周期性振動．為此考慮如下形式的軋制負荷

2)轉(zhuǎn)矩系數(shù)擾動．
    考慮實際存在電樞反應或者由于補償繞組不能完全抵消電樞反應的直流電機非線性模型，這種電樞反應引起的非線性不確定性.

3 軋機主傳動系統(tǒng)機電振動控制器設計(Design of electromechanical vibration controllerof main drive system)

負荷狀態(tài)觀測器是狀態(tài)觀測器的推廣，是一種特殊的一維狀態(tài)觀測器．從理論上構造的負荷觀測器可以完全抵消負荷轉(zhuǎn)矩擾動．其詳細設計方法參見文獻．下面設計基于擴張狀態(tài)觀測器的軋機主傳動系統(tǒng)自抗擾控制器．

3．1 非線性跟蹤微分器(Nonlinear tracking di ren—tiator)
      在實際工程問題中，如何由不連續(xù)或帶隨機噪聲的量測信號合理地提取連續(xù)信號及微分信號直接關系到控制系統(tǒng)性能的好壞，實踐中，往往通過向后差分法得到微分信號，但該方法得到的結(jié)果往往含有噪聲，從而影響整個系統(tǒng)的性能．為此，韓等發(fā)展了一種非線性跟蹤一微分器.

本文針對軋機主傳動系統(tǒng)存在不確定的軋制負荷擾動和參數(shù)攝動問題，運用擴張狀態(tài)觀測器(ESO)對系統(tǒng)的綜合擾動項進行觀測，該觀測器不需要系統(tǒng)精確的數(shù)學模型即能實現(xiàn)對系統(tǒng)擾動很好的觀測，避免了擾動負荷觀測器對系統(tǒng)模型的依賴性；并利用自抗擾控制(ADRC)技術設計了一種新型的控制器．仿真結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)對外界負載擾動和系統(tǒng)參數(shù)變化具有很好的魯棒性，且調(diào)節(jié)時間短、動態(tài)速降小、恢復迅速，有效抑制了由于軋制負荷周期性變化和軋制負荷突變引起的機電振動，為軋機主傳動系統(tǒng)的機電振動控制提供了一種新的方法．