摘要
轧辊矫平机是材料平整工业中十分重要的设备，但高精度液压位置伺服控制矫平机国内还属空白。液压矫平机最为关键的技术是位置控制精度，它直接影响着加工产品的质量，本研究工作的重点是液压矫平机的位置控制系统，在此基础上实现了基于PLC的液压矫平机控制器。
论文采用相关辨识法对液压矫平机位置控制系统进行辨识，得到了逼近实际位置控制系统的传递函数数学模型，并借助此传递函数对控制算法进行了仿真研究，在仿真结果的基础上做了现场试验，最后确定了适合实际位置控制系统的液压伺服控制策略，使矫平机的控制性能首先满足圆锯片矫平这一实际生产的需要。
第一章主要论述了课题研究的背景、意义及内容。首先概述了材料平整技术现状、圆锯片加工业发展新趋势和国内外矫平机技术现状等相关背景，阐述了本课题研究的意义，随后综述了近代液压伺服控制策略现状与发展，最后结合实际情况确定了本课题的具体研究内容。
第二章论述了液压矫平机工作原理与系统组成。首先介绍了板材矫平原理，进而分析了液压矫平机结构，随后提出了液压矫平机控制目标，并从整体上分析了电液控制系统原理，最后论述了系统的液压传动部分和电气控制部分的组成，及各自在系统中的作用，并对主要部件的工作原理和特性进行了简单介绍。
第三章主要讨论位置控制系统的辨识。首先简单介绍了系统辨识，并总结出相关辨识法的优点，随屙进行了相关辨识法的实验设计和实验数据处理，得到冲激响应函数，并拟合出系统传递函数，最后进行了模型的验证和修正。中间还讨论了阀控液压缸位置控制系统数学模型结构。
第四章是论文的重点，主要研究位置控制系统的控制策略。首先分析了位置控制系统存在的各种误差来源，并讨论了对应的解决措施，随后依据第三章系统辨识的传递函数，分别对常规PID控制算法、参数模糊自整定PID控制算法和模糊规则自校正控制算法以及位置同步控制结构进行了仿真研究，最后通过现场试验，确定了符合实际系统的最佳控制策略和控制参数。
第五章对液压矫平机控制系统进行了总结，指出控制系统中还存在的不足，并展望了今后进一步开展的研究工作。
附录部分简单介绍了基于PLC的液压矫平机控制系统的软件实现。
Roller flattening machine is a pivotal equipment in the material flattening industry. But high-precision hydraulic position servo control roller flattening machine can't be made in china. Its most important problem is position control precision, which directly affects product quality. So this paper focuses on the position control system of hydraulic roller flattening machine.
Correlation identification is used to identify the position control system. The result of system identification is the transfer function close to the real system. In SIMULINK, the transfer function replaces the real system. Control algorithms are simulated in the SIMULINK, whose results guide to do several field experiments. The most suitable control algorithm is found after the field experiments, and the control performance meets the need of flatting disk saw firstly.
Chapter one is concerned with the background, significance and primary content of the research. At first, the background is introduced, including the technical actuality of material flattening industry and roller flattening machines in the world, and the trend of disk saw process. The most important significance is to do homemade work. Then the actuality and development of modern electro-hydraulic servo control algorithms are also summarized. At last, the particular content of the paper is decided.
Chapter two discusses the principle and component of hydraulic roller flattening machine. Firstly, the principle about board flattening is introduced, and the whole mechanical construct is explained. Secondly, the control object is put forward, and the control system principle is analyzed integrally, made up of velocity subsystem and position subsystem. Lastly, the principle and characteristic of some important parts of hydraulic subsystem and control subsystem are introduced.
Chapter three is concentrated on position control system identification. The first part introduces system identification, and draws the conclusion that the correlation identification algorithm is the best one. The second part discusses experiment design and experimental data calculation. The third part sets up the position system transfer function mathematical model, and resolves the parameters of the system transfer function. The last part validates and revises the model.
Chapter four is the emphases of the paper, which studies the control algorithms of position control system. The first section analyzed the error resources and takes some measure. The second section does simulation study about several control algorithms, including traditional PID control, self-tuning fuzzy PID control, fuzzy rule self-tuning control, and position synchronization control construct. The last section does field experiments and decides the most suitable control algorithm and control parameters.
Chapter five deals with the sum-up of the research work and points out the shortcomings. It also prospects the further work.
The appendix explains the software of PLC controller of hydraulic roller flattening machine.
引文
1．孙中禹．25000kN液压矫平机现状分析．宽厚板，1999，5(3)
2．马佩玲，马风刚，王裕，勒浩，刘生年，徐速．XIGJPJ简易矫平机的研究．新疆工学院学报，1994，3
3．杨红，剑溪桥，张小伟．鞍钢冷轧厂1700mm拉伸弯曲矫直机．一重技术，2002，2
4．姜晓东，荆留纪，刘新伟，徐宏涛．新型钢轨矫直机．一重技术，2002，2
5．张铁．板带平直度的意义与度量．轻合金加工技术．1997，25(1)
6．Eric Theis著，杨连发译．何时对材料矫平最理想．国外金属加工．2001，3
7．任晖，于彩芹，曲非，刘艳东．矫直机压下控制及互为主／从驱动的应用．一重技术，2002，2
8．马克，宋司兵．结构优化技术在矫平机结构设计中的应用．一重技术，1992，12
9．[印度]M．SenthiI KunmraM等．客车薄侧板电弧焊变形和矫正的有限元模拟．国外机车车辆工艺．2001，5
10．古川高人，狩野久寅，菊地隆也．薄钢板的高精度质量控制技术．国外钢铁，1996，12
11．杨红，刘溪桥，龙武山．拉伸弯曲矫直机的结构设计理论分析．一重技术，2002，3
12．李淑华，李同庆．拉弯矫直理论研究．冶金设备，2002，132(2)
13．张铁．铝板带矫平原理及浮动弯曲辊矫平法应用探讨．轻合金加工技术，1997，25(12)
14．张进之．热连轧厚度自动控制系统的分析与发展．世界钢铁．2002，4
15．[日]高桥，亮一等．热连轧中的板带平直度和断面形状控制．宝钢情报，1990，1
16．杨固川．我国中厚板轧机主要设备技术分析．重型机械科技，2002，1
17．梁天才．液压伺服系统及其外干扰补偿法．矿山机械，1994，3
18．王宣银，陶国良．广义脉码调制液压伺服控制的研究．机械工程学报，2000，36(12)
19．李众，张文渊．一种应用于PLC的智能PID控制方法．电气自动化，1998，20(5)
20．张军英，方敏，智能PID控制器及其自学习．黑龙江自动化技术与应用，1992，11(1)
21．李奇，李世华．一类神经网络智能PID控制算法的分析与改进．控制与决策．1998，13(4)
22．胡包钢，应浩．模糊PID控制技术研究发展回顾及其面临的若干重要问题．自动化学报，2001，27(4)
23．何清华，曾益昆．基于模糊PID的液压同步控制．机械与电子，2001，1
24．罗安，路甬祥．专家PID控制器及应用．信息与控制，1992，21(3)
25．莫建林，朱承高．基于神经网络的模糊自适应PID控制及其实现．黑龙江自动化技术与应用，1998，17(2)
26．梁军，符雪桐．自适应PID控制：Ⅰ基本原理与算法．浙江大学学报：自科版，1994，28(5)
27．关静丽，王占林．位置扰动型电液伺服施力系统的自适应控制．北京机械工业学院学报，2001，16(1)
28．乔俊飞，郭戈，柴天佑，带材板形自适应控制，东北大学学报(自然科学版)，1998，19(4)
29．阮金生．受随机干扰影响的电液速度控制系统的自适应模型跟随控制．雷达与对抗，1992，1
30．乔俊飞，孙雅明．液压系统中压力的自适应控制．电工技术学报，2000，3
31．侯远龙，孟宪涛．计算机模糊控制电液伺服系统．电气传动自动化，1997，19(3)
32．罗安，路甬祥．一种智能控制策略的研究．电工技术学报，1993，2
33．王文格，杨宇，曹正铨．CNC机床伺服系统模糊控制研究．湖南大学学报(自然科学版)2001，28(3)
34．方一鸣，嵇胜龙，卜邵华，王益群．液压伺服驱动位置控制系统的鲁棒性能设计．系统仿真学报，2002，14(4)
35．贾志勇，林廷娇，韩崇伟，任瑞伍．基于H_∞控制的液压伺服系统鲁棒性设计．机床与液压，1998，5
36．李运华，王孙安，林廷娇，史维祥．液压伺服系统的非线性控制．机床与液压，1994，1
37．李运华，王孙安，林廷娇，史维祥．液压伺服系统的非线性优化设计．机床与液压，1994，5
38．王占林．近代液压控制．北京：机械工业出版社，1997
39．王春行．液压控制系统．北京：机械工业出版社，1998．3
40．陶永华，尹怡新，葛芦生．新型PID控制极其应用．北京：机械工业出版社，2000
41．郭敬枢，庄继东，孔峰主编．微机控制技术．重庆：重庆大学出版社，1994
42．骆涵秀，李世伦，朱捷，陈大军．机电控制．杭州：浙江大学出版社，1993
43．姚伯威．控制工程基础．西安：西安电子科技大学出版社，1994
44．蒋静坪．计算机实时控制系统．杭州：浙江大学出版社，1991
45．俞忠原，陈一民编著．工业过程控制计算机系统．北京：北京理工大学出版社，1995
46．韩曾晋．自适应控制．北京：清华大学出版社，1995
47．刘长年．液压伺服系统的分析与设计．北京：科学出版社，1985
48．章宏甲，黄谊．液压传动．北京：机械工业出版社，1992
49．韦巍．智能控制技术．北京：机械工业出版社，1999
50．张成乾，张国强．系统辨识与参数估计．北京：机械工业出版社，1985
51．刘豹，王正欧．系统辨识．北京：机械工业出版社，1992
52．熊世和．机电系统计算机控制技术．成都：电子科技大学出版社，1993
53．陆元章．液压系统的建模与分析．上海：上海交通大学出版社，1989
54．章正斌，吴汝善，于健．模糊控制工程．重庆：重庆大学出版社，1992
55．陈德池．传感器及其应用．北京：中国铁道出版社，1993
56．楼顺天，于卫．基于MATLAB系统分析与设计——控制系统．西安：西安电子科技大学出版社，1999
57．何平，王鸿绪．模糊控制器的设计及应用．北京：科学出版社，1997
58．王士同．模糊系统、模糊神经网络及应用程序设计．上海：上海科学技术出版社，1997
59．李友善，李军．模糊控制理论及其在过程控制中的应用．北京：国防工业出版社，1993
60．董景新，赵长德．控制工程基础．北京：清华大学出版社，1990
61．官忠范．液压传动系统(第三版)．北京：机械工业出版社，1996
62．闻新，周露，王丹力，熊晓英．MATLAB神经网络应用设计．北京：科学出版社，2001
63. Corbet T, Sepehri N, Lawrence P D. Fuzzy control of a class of hydraulically actuatria] robots, IEEE Trans on Control Systems Technology, 1996,4(4)
64. Qiso Junfei, Guo Ge, Chai Tianyou, Shao Cheng. A new method of flatness control in cold rolling process. American Control Conference, Pennsylvarea USA, 1998
65. Hashno I, Kawai M, et al. Obeserver-based multivariab]e flatness control of the cold rolling mill. 12th Conference IFAC, 1993
66. Abramovitch D Y, Bushnell L G. Report on the fuzzy versus conventional control
dedate. IEEE Control Systems, 1999,19(3)
67. Mudi R K, Pal N R. A robust self-tuning for PI- and PD-type fuzzy controllers. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 1999,7
68. Katata R, de Geest D, Titli. A Fuzzy controller: design, evaluation, parallel and hierarchical combination with a PID control. Fuzzy Sets & Systems, 1995,71
69. Visioli A. Fuzzy logic based set-point weight tuning of PID controllers. IEEE Transactions on Systems, Man, & Cybernetics, Part A: System and Humans, 1999,29A
70. Hu B G, Mann G K I, Gosine R G. New methodology for ananlytical and optimal design of fuzzy PID controllers, IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 1999,7
71. Chen G. Convetional and fuzzy PID controllers: An overview. Int. J. of Intelligent Control & Systems, 1996,1
72. Jang J S R, Sun C T. Neuro-fuzzy modeling and control. In: Proc. Of IEEE, 1995,83
73. Ying H. Fuzzy Control and Modeling: Analytical Foundations & Applications. New York: IEEE Pross, 2000
74. TAN G Z, XIAO H F, WANG Y C. Optimal Fuzzy PID Controller with Incomplete Derivation and Its Simulation Research on Application of Intelligent Aritificial Legs. Control Theory And hppliction. 2002,19(3)
75. Wang L X. Analysis and design of hierarchical fuzzy systems. IEEE Transactions on Fuzzy Systems, 1999,7
76．王化祥，孙金刚，陈磊．一种新型模糊PID调节器的设计．自动化仪表，2000，21(5)
77．侯北平，卢佩，付连昆．自适应模糊PID控制器的设计及基于MATLAB的计算机仿真．天津轻工业学院学报，2001，4(39)
78．赵志强、范伯元．模糊PID数字调速器的设计．内燃机工程，1999，2
79．何清华，曾益昆．基于模糊PID的液压同步控制．机械与电子，2001，1
80．谭冠政，陈勇旗．基于模糊PID控制的人工腿位置伺服系统设计与仿真．计算技术与自动化，2001，20(3)
81．张健民，杨华勇，路甬祥．基于工程整定法的模糊PID．信息与控制，1998，27(1)
82．朴春俊，吴忠强．轧钢机液压伺服系统的数模辨识．电气传动自动化，2000，22(3)
83．董新民，葛思华，史维祥．一种频域辨识方法及其在高频响电液位置伺服系统中的应用．机床与液压，1993，2
84．吴希平，蔡振江，宋明刚．液压系统数学模型的辨识．沈阳航空工业学院学报，1994，9
85．熊宇飞，陆元章．液压位置系统及其噪声模型的辨识．机械工程学报，1989，6
86．杨华勇，徐兵．电梯液压系统控制方法和策略．中国电梯，1999，3
87．肖金陵，周华，李壮云．位置扰动型施力系统的两种建模方法．液压与气动，1993，5
88．贺尚红，李旭宇，严珩志，钟掘．某平整机HAGC系统在线辨识．机床与液压，2001，4
89．陈实．基于MATLAB语言的系统辨识．系统工程，1997，15(2)
90．张德慧．单片机控制的自动相关辨识系统．西安邮电学院学报，1995，2
91．高英杰，王海芳，董国江，张晓丽．Matlab神经网络工具箱在系统辨识中的应用．液压气动与密封，2001，5
92．贾志勇，林廷圻．新型克服摩擦力的方法及其在高精度液压伺服系统的应用．机械科学与技术，1999，18(1)
93．王宣银，岳继光，刘庆和．高精度伺服油缸的设计及组合密封圈总摩擦阻力计算．组合机床与自动化加工技术，1995，4
94．李新忠，葛思华，何钺．电液位置伺服系统精度误差估计与工程处理．机床与液压．
1996，5
95．郝铁宁，王军政，汪首坤．六自由度摇摆台的空间位置解算和误差分析．液压与气动，2002，3
96．葛思华，李新忠，李兵，丁崇生．伺服阀前油液压力脉动及其因果研究．机床与液压，1994，3
97．李新忠，葛思华，丁崇生，何钺．新型串联囊式蓄能器对油源压力脉动影响的试验研究．机床与液压，1998，1
98．张汉生．液压同步系统误差的消除及修正．液压与气动，1993，5
99．李宝仁，许耀铭．气动位置伺服系统的高精度控制研究．机床与液压，1996，3
100．王旭永，蒋晓夏，刘庆和，吴盛林．伺服阀分辨率影响电液位置伺服系统低速性能的研究．液压与气动，1994，4
101．石毅，筒林柯，何钺．交叉耦合自适应神经元控制器在双轴运动位置伺服系统中的应用．机床与液压，1998，5
102．方一鸣，黄镇海，焦晓红．液压伺服位置系统模型参考模糊自适应PID控制器的设计．自动化与仪器仪表，2002，101(3)
103．蒋志明，林廷圻，李锋，黄先祥，杜中东．电液位置伺服系统的高精度神经网络控制研究．机床与液压，2001，4
104．邵俊鹏，朱国玺，赵玉琢．液压伺服系统模型参考法自适应控制．东北林业大学学报，1991，19(1)
105．曾文火，邱炎保．电液位置伺服系统伪微分反馈控制．华东船舶工业学院学报．1996，10(3)
106．杜经民，易孟林．新型预测控制器在液压位置伺服系统中的应用．机床与液压，1997，4
107．管杨新，胡大邦，王奕豫．电液位置同步伺服系统的模糊控制研究．机床与液压，2002，1
108．韩波，王庆丰，路甬祥．电液比例位置同步控制系统的控制结构研究．机床与液压，1997，1
109．盛兵，陈柏金，熊晓红．基于伺服电机直接驱动的折弯机同步位置控制，2002，2
110．阎菲．紧固件振动试验台电液伺服系统自校正模糊控制器研究．湖北汽车工业学院学报，2000，14(4)
111．高建臣，李维军，陈之龙，吴平东．液压缸位置伺服系统的模糊控制．北京理工大学学报，1995，15(4)
112．孔祥东，王益群，刘玉礼，赵静一，刘劲军．DC轧机电液伺服控制系统．中国机械工程，1997，8(6)
113．陈燎原．电液伺服系统的模糊控制研究．农业机械学报，2002，33(1)
114．许永付，李著信．高精度电液位置伺服系统的智能控制．重庆工业高等专科学校学报，2000，15(1)
115．李运华，史维祥，林廷圻．近代液压伺服系统控制策略的现状与发展．液压与气动，1995，1
116．SIMATIC S7-200可编程程序控制器——系统手册，2001，9