吕欣宇,牛玉刚,James Lam | 线性重复过程的事件触发滑模控制及其金属轧制过程应用
文摘
科技
2024-08-11 12:02
山东
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研究团队
吕欣宇，牛玉刚：华东理工大学
James Lam：香港大学
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Xinyu LV, Yugang NIU & James LAM. Event-triggered sliding mode control of linear repetitive processes and its application in metal rolling process. Sci China Inf Sci, 2024, doi: 10.1007/s11432-023-3886-8
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线性重复过程是一类具有重复结构的2D线性系统，广泛应用于煤矿开采、金属锻造以及迭代学习控制等领域。其特有的完成当前通道任务后开始下一通道的演化规律，为控制系统的设计提供了新的视角。为了优化资源利用和减轻通信负担，研究者们提出了事件触发策略和循环调度协议。对于线性重复过程，需要深入探究这些机制如何精准地反映其演化特征。特别地，通道长度的差异可能引发数据传输和通信效率的变化，进而影响系统的整体性能。因此，探究通道长度如何影响事件触发条件和调度规则变得十分重要。结合这些特性，如何设计控制器，使其能够灵活适应事件触发和循环调度下的数据传输方式，从而确保系统的稳定性和性能。为此，本文针对线性重复过程，提出了循环调度下事件触发滑模控制方案。通过直接分析线性重复过程，仅利用其状态信号与演化规律设计事件触发机制。利用线性重复过程独有的演化顺序以及通道长度建立循环调度机制，一次传输中只选择一个控制器节点将其信号传递给相应的执行器节点。利用当前触发状态和前一通道输出设计事件触发滑模控制器实现闭环系统沿通道的稳定性，其控制器增益在不同触发位置和不同通道是不同的，反映增益的切换特性。最后，将本文结果应用到多辊金属轧制过程中，以提升工业生产的效率和稳定性。![]()
(1) 利用状态信息、通道长度以及演化规律，设计了能够同时确定状态和通道输出信息传输情况的事件触发策略。(2) 建立了符合线性重复过程特征的循环调度机制，反映了通道长度与调度信号之间的紧密关系。 (3) 利用状态和通道输出，设计了事件触发滑模控制方案，其控制增益可以根据触发通道和位置的不同进行自适应切换。本文所提出的控制方案应用到带有3个轧辊对的多辊金属轧制过程。每个轧辊由不同的轧制力调节。通过轧辊与轧辊之间的重复操作可以将金属条轧制到特定的厚度。当金属条穿过轧辊时，将在轧辊轴承、调整机构和轧机的其他部件上产生额外的摩擦力。由于弹簧的振动、金属条的杂质和表面粗糙度，在轧制过程中不可避免存在参数摄动。Figure 2 Multi-roll rolling machine operation利用文献[2]的相关数据，图3描绘了轧制力影响下的实际辊缝厚度，从图3可以看出轧制过程沿辊方向是稳定的。图8为调度规则下控制器节点的调度顺序，其中蓝色点代表选择控制节点为1，黄色点代表选择控制节点为2，绿色点代表选择控制节点为3。固定轧辊k，从图8可以看出，p方向上的点的颜色按照蓝、黄、绿的顺序变化，这说明循环调度规则下是沿轧辊方向点对点周期性选择控制节点的，符合线性重复过程的演化特征。![]()
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此外，表1给出了不同触发阈值和轧辊长度下的仿真结果，其中事件触发机制的数据传输频率定义为（触发频次）/(90N)。从表1中可以看出，传输频率随着触发阈值的减小而增大或随着轧辊长度N的增大而增大。![]()
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