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一种面向多工序复杂制造过程的质量软测量方法
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作者 彭开香 秦昕 +1 位作者 王佳浩 杨慧 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期3-14,共12页
复杂制造过程关键质量变量的精准感知,是实现系统优化控制和保障系统安全稳定运行的必要前提。考虑复杂制造过程具有生产工序众多、回路互联耦合、工序质量遗传、数据时空分布等复杂特性,使得对过程质量的精准感知面临诸多困难。在此背... 复杂制造过程关键质量变量的精准感知,是实现系统优化控制和保障系统安全稳定运行的必要前提。考虑复杂制造过程具有生产工序众多、回路互联耦合、工序质量遗传、数据时空分布等复杂特性,使得对过程质量的精准感知面临诸多困难。在此背景下,本文提出一种考虑过程时延的基于mRMR–GA–ResNet的多工序复杂制造过程质量软测量建模方法。首先,构建了一种考虑过程变量与质量变量间时延的基于最小冗余最大相关(mRMR)和遗传算法(GA)的多传感器过程变量筛选方法,以确定最优特征子集;其次,基于各工序的最优特征子集,设计了一种3维(特征–时间–工序)样本空间表征方法,工序内部以2维(特征–时间)形式表征,将工序作为通道构建3维(特征–时间–工序)样本,通过残差网络进行时间–空间特征提取,进而通过局部–全局特征融合得到最终的质量预测值;最后,通过一个实际制造过程——浮法玻璃生产过程,进行了实验验证。结果表明:在选择特征数相同的前提下,相较于其他4种基于相关性的特征选择方法(PCC、SCC、MI、MIC),本文所提多传感器过程变量筛选方法对于模型有更好的预测性能。以残差网络作为预测模型,本文所提3维样本构造方法,相较于传统的2维样本构造方法,对于模型的预测精度有了一定的提升,均方根误差ERMS、平均绝对误差EMA、对称平均绝对百分比误差E_(SMAP)分别提升9.2%、10.8%、9.8%,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 多工序软测量 特征选择 残差网络 最小冗余最大相关 遗传算法
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基于深度置信网络的多模态过程故障评估方法及应用 被引量:1
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作者 张凯 杨朋澄 +1 位作者 彭开香 陈志文 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期89-102,共14页
传统的多模态过程故障等级评估方法对模态之间的共性特征考虑较少,导致当被评估模态故障信息不充分时,评估的准确性较低.针对此问题,首先,提出一种共性–个性深度置信网络(Common and specific deep belief network,CS-DBN),该网络充分... 传统的多模态过程故障等级评估方法对模态之间的共性特征考虑较少,导致当被评估模态故障信息不充分时,评估的准确性较低.针对此问题,首先,提出一种共性–个性深度置信网络(Common and specific deep belief network,CS-DBN),该网络充分利用深度置信网络(Deep belief network,DBN)的深度分层特征提取能力,通过度量多模态数据间分布的相似性和差异性,进一步得到能够反映多模态过程共有信息的共性特征以及反映每个模态独有信息的个性特征;其次,基于CS-DBN,利用多模态过程的已知故障等级数据生成多模态共性–个性特征集,通过加权逻辑回归构建故障等级评估模型;最后,将所提方法应用于带钢热连轧生产过程的故障等级评估中.应用结果表明,随着多模态故障等级数据的增加,所提方法的评估准确率逐渐增加,当故障信息充足时,评估准确率可达98.75%;故障信息不足时,与传统方法相比,评估准确率提升近10%. 展开更多
关键词 多模态过程 故障等级评估 共性–个性特征 深度置信网络 带钢热连轧
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一种面向复杂非平稳工业过程的质量相关分布式故障检测方法
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作者 董洁 李大业 +2 位作者 尉艳梅 彭开香 杨慧 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期15-24,共10页
由于复杂工业过程通常受到生产条件的变化,未知的外部干扰及其他因素的影响,其过程数据时间序列的统计特征随时间变化,呈现出非平稳特性。而工业过程的故障可能会被过程的非平稳特性所掩盖,这给复杂工业过程的质量相关故障检测带来巨大... 由于复杂工业过程通常受到生产条件的变化,未知的外部干扰及其他因素的影响,其过程数据时间序列的统计特征随时间变化,呈现出非平稳特性。而工业过程的故障可能会被过程的非平稳特性所掩盖,这给复杂工业过程的质量相关故障检测带来巨大挑战。本文提出了一种基于动静特征融合且面向复杂非平稳工业过程的分布式质量相关故障检测方法。首先,利用最小冗余最大相关算法揭示和量化过程变量与质量变量之间的线性和非线性关系,并选择最具代表性的过程变量,消除所选过程变量之间的冗余性。其次,利用增广迪基–富勒检验(ADF)检验方法将所选的过程变量划分为平稳变量和非平稳变量。再次,利用工业过程的机理知识将复杂工业过程划分为多个有物理意义的子块,子块之间的信息交互通过公共变量实现,构建局部子块模型,该模型包括来自其邻居子块的信息。然后,通过偏最小二乘和长短期记忆网络方法分别提取子块中平稳变量及非平稳变量的静态特征和动态特征,并进行特征融合;利用规范变量分析算法来最大化融合后的动静态特征与质量变量之间的相关性,构建局部质量异常检测的统计量和控制限。最后,通过贝叶斯推理将局部检测结果进行融合,实现全局质量相关的故障检测。为了验证所提方法的有效性,采用河北某公司浮法玻璃生产过程的实际数据进行了实验。实验结果表明:本文所提质量相关分布式故障检测方法能够准确检测复杂非平稳过程的故障,故障检测率为100%,误报率为4%,比规范变量分析方法等具有更好的故障检测性能。综上所述,所提方法有效融合了动静特征以充分利用过程信息,在提高故障检测率同时显著降低了误报率,能够为复杂非平稳工业过程提供可靠技术支持。 展开更多
关键词 质量相关 分布式故障检测 特征提取 动静融合 复杂非平稳过程
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专刊评述:重大装备信息物理系统异常检测与安全控制
4
作者 苗强 彭开香 《工程科学与技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1-2,共2页
在国家加快推进质量强国建设、新质生产力发展的关键阶段,聚焦工业与制造领域的重大装备信息物理系统异常检测与安全控制,面向国家战略需求,坚持“安全可靠性优先”的原则,推进重大装备服役异常检测、健康状态评估、早期故障诊断、安全... 在国家加快推进质量强国建设、新质生产力发展的关键阶段,聚焦工业与制造领域的重大装备信息物理系统异常检测与安全控制,面向国家战略需求,坚持“安全可靠性优先”的原则,推进重大装备服役异常检测、健康状态评估、早期故障诊断、安全冗余控制等基础理论和核心技术发展,将有效提升重大装备运行的安全性与可靠性,服务国家在关键装备制造与维护中的创新应用需求,具有重要科学价值和工程意义。为此,四川大学主办的《工程科学与技术》期刊,专门开辟了“重大装备信息物理系统异常检测与安全控制”专栏,为国内外复杂装备可靠性领域学者提供了一流交流平台。 展开更多
关键词 国家战略需求 异常检测 安全控制 信息物理系统 质量强国 健康状态评估 四川大学主办 基础理论
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基于黎曼度量的一类反馈控制系统性能监测与诊断
5
作者 李琳琳 李莎莎 +2 位作者 DING Steven Xianchun 彭鑫 彭开香 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1928-1940,共13页
针对复杂工业系统对性能衰退的容忍度低等问题,提出基于系统性能预测的一类反馈控制系统过程监测方法,通过黎曼度量对控制性能衰退程度进行预测与监测,并给出发生故障的类型,以提升过程监测系统的实时性与准确性.首先,利用系统的实时数... 针对复杂工业系统对性能衰退的容忍度低等问题,提出基于系统性能预测的一类反馈控制系统过程监测方法,通过黎曼度量对控制性能衰退程度进行预测与监测,并给出发生故障的类型,以提升过程监测系统的实时性与准确性.首先,利用系统的实时数据,计算系统性能衰退的预测指标;其次,利用黎曼度量对系统性能衰退程度进行预测与监测,并利用随机算法给出对应的阈值来诊断系统性能衰退;最后,通过计算各类引发系统性能衰退的故障的性能预测指标集合的中心和阈值,实现故障的实时定位.所提出的方法通过三容水箱仿真实验平台进行验证. 展开更多
关键词 性能监测 黎曼度量 性能诊断 故障定位
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复杂工业过程质量相关的故障检测与诊断技术综述 被引量:94
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作者 彭开香 马亮 张凯 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期349-365,共17页
质量相关的故障检测与诊断技术是保证安全生产及获得可靠产品质量的有效手段,是当前国际过程控制领域的研究热点.首先,梳理了质量相关的故障检测技术中典型方法的基本思想和改进过程;其次,概述了质量相关的故障诊断技术中常用的贡献图... 质量相关的故障检测与诊断技术是保证安全生产及获得可靠产品质量的有效手段,是当前国际过程控制领域的研究热点.首先,梳理了质量相关的故障检测技术中典型方法的基本思想和改进过程;其次,概述了质量相关的故障诊断技术中常用的贡献图法及其相关改进方法之间的联系,并通过带钢热连轧过程(Hot strip mill process,HSMP)案例比较了各种典型方法在质量相关的故障检测与诊断性能上的异同;最后,面向复杂工业过程运行数据的主要特性,评析了质量相关的故障检测与诊断方法的研究现状,并指出了该研究领域亟需解决的问题和未来的发展方向. 展开更多
关键词 质量相关 故障检测 故障诊断 偏最小二乘 贡献图
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面向系统层级的复杂工业过程全息故障诊断 被引量:7
7
作者 彭开香 张传放 +3 位作者 马亮 董洁 焦瑞华 唐鹏 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期590-598,共9页
复杂工业过程具有长流程、系统层级多、故障潜在分布空间范围较广的特点,是当前故障诊断领域的热门研究方向。首先,对主流故障诊断技术进行了分类和概述;其次,采用定量与定性相结合思路,提出了面向系统层级的复杂工业过程全息故障诊断框... 复杂工业过程具有长流程、系统层级多、故障潜在分布空间范围较广的特点,是当前故障诊断领域的热门研究方向。首先,对主流故障诊断技术进行了分类和概述;其次,采用定量与定性相结合思路,提出了面向系统层级的复杂工业过程全息故障诊断框架,为复杂工业全流程的过程监测提供一整套技术和解决方案。相比于目前的故障诊断方法,该框架不仅包括故障检测和故障辨识,还包括故障根源诊断、故障传播路径识别、故障的定量诊断与评估,可有效解决复杂工业过程系统的综合故障诊断问题,实用性强,能够有效地减少或避免故障发生、保证产品的质量、提高企业的生产效率与生产安全;最后对故障诊断技术的发展趋势和亟待解决的问题进行了展望。 展开更多
关键词 过程系统 全流程 故障诊断 故障传播 故障评估 生产 安全
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板形板厚的自适应解耦控制 被引量:5
8
作者 彭开香 童朝南 王路 《北京科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期177-180,共4页
针对板形板厚耦合系统中参数在一定范围内变化的情况下,将自适应控制与系统具体的数学模型相结合,提出自动调整解耦网络和控制器参数的设计方法。仿真表明,该方法消除了参数变化的影响,使解耦控制效果良好。
关键词 板形板厚 自适应控制 解耦控制 轧制
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质量相关的带钢热连轧过程监控 被引量:5
9
作者 彭开香 周东华 李娜 《控制工程》 CSCD 北大核心 2011年第4期650-654,共5页
带钢热连轧过程控制是钢铁制造过程极其复杂的过程,近年来随着市场对带钢产品质量要求的日益提高,提高热连轧带钢质量具有广泛的经济和社会效益。为了确保热连轧过程安全运行,同时提高产品质量,有必要对热连轧过程的异常状况或故障进行... 带钢热连轧过程控制是钢铁制造过程极其复杂的过程,近年来随着市场对带钢产品质量要求的日益提高,提高热连轧带钢质量具有广泛的经济和社会效益。为了确保热连轧过程安全运行,同时提高产品质量,有必要对热连轧过程的异常状况或故障进行检测、诊断和消除。以多元统计过程监控技术(MSPM)为理论指导,以主元分析(PCA)和偏最小二乘方法(PLS)为依托,研究和分析了PCA和PLS以及二者与核函数结合构成的核主元分析方法(KP-CA)和核偏最小二乘方法(KPLS)在热连轧机质量相关的故障分析与检测,通过现场数据及实验验证,在厚度质量相关的故障检测与诊断中取得较好的效果。 展开更多
关键词 故障检测与诊断 主元分析(PCA) 偏最小二乘方法(PLs) 热连轧
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基于动态全潜结构投影的热连轧厚度监控 被引量:3
10
作者 彭开香 李钢 张凯 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1446-1451,共6页
本文利用带钢热连轧生产过程的数据,采用动态全潜结构投影算法(T-PLS),建立了带钢厚度的动态模型.该模型对于厚度有良好的预测精度.利用动态T-PLS的优点,把过程变量空间分解为4个正交子空间.在不同的子空间中,可以对带钢厚度有关的故障... 本文利用带钢热连轧生产过程的数据,采用动态全潜结构投影算法(T-PLS),建立了带钢厚度的动态模型.该模型对于厚度有良好的预测精度.利用动态T-PLS的优点,把过程变量空间分解为4个正交子空间.在不同的子空间中,可以对带钢厚度有关的故障进行监测.通过热连轧机3个典型故障的检测,充分验证了动态T-PLS在过程质量监控中的优良性能,加强了带钢热连轧过程的监控. 展开更多
关键词 过程监控 故障检测 动态T-PLS 热连轧
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热连轧机活套升落套动态过程分析与改进 被引量:10
11
作者 彭开香 董洁 童朝南 《轧钢》 2005年第5期38-40,共3页
介绍了带钢热连轧机精轧机组电动活套在升、落套控制过程中的软接触控制,落套无甩尾控制和恒张力控制的实现方法。该综合控制思想已在某中宽带轧机上成功应用。
关键词 热连轧 活套 控制 软接触
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基于RBF网络直接广义预测精轧宽度控制 被引量:4
12
作者 彭开香 徐品 《控制工程》 CSCD 北大核心 2009年第6期727-730,共4页
为了进一步提高热连轧带钢成材率和宽度精度,在精轧末机架后一般配置了测宽仪,利用机架间张力对宽度动态控制,达到调整带钢宽度目的。但由于精轧末机架中心线到测宽仪的距离较远,使得系统具有大滞后性及时变性等特点,很难建立精确的数... 为了进一步提高热连轧带钢成材率和宽度精度,在精轧末机架后一般配置了测宽仪,利用机架间张力对宽度动态控制,达到调整带钢宽度目的。但由于精轧末机架中心线到测宽仪的距离较远,使得系统具有大滞后性及时变性等特点,很难建立精确的数学模型。采用对模型要求宽松的广义预测控制方法,用RBF网络直接逼近控制律,省略了Diophantine方程的求解、矩阵的求逆,缩短了在线计算的时间,适用于快速的轧钢过程。仿真结果表明这种方法对精轧宽度这一大时滞、不确定性系统有较好的控制效果。 展开更多
关键词 热连轧 RBF网络 广义预测控制 宽度控制
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航空发动机的健康指标构建与剩余寿命预测 被引量:21
13
作者 彭开香 皮彦婷 +1 位作者 焦瑞华 唐鹏 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第4期713-720,共8页
预测与健康管理技术能够有效的评估系统健康状态、预测系统剩余使用寿命,是提高复杂系统安全性、经济性的重要保障.为全面评估系统健康状态,本文提出了一种基于深度置信网络(DBN)的无监督健康指标构建方法,并结合隐马尔可夫模型(HMM)进... 预测与健康管理技术能够有效的评估系统健康状态、预测系统剩余使用寿命,是提高复杂系统安全性、经济性的重要保障.为全面评估系统健康状态,本文提出了一种基于深度置信网络(DBN)的无监督健康指标构建方法,并结合隐马尔可夫模型(HMM)进行系统剩余寿命预测.首先,通过无监督训练深度置信网络实现历史数据的特征提取,进而构建健康指标;其次,利用健康指标集训练隐马尔可夫模型,实现设备健康状态的自动识别;最后,通过DBN-HMM混合模型来计算系统剩余寿命.采用商用模块化航空推进系统仿真软件(C-MAPSS)给出的航空发动机数据集,验证了上述方法的有效性. 展开更多
关键词 深度置信网络 隐马尔可夫模型 健康指标 健康状态识别 剩余寿命预测
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神经网络技术在淬火控冷中的应用
14
作者 彭开香 董洁 童朝南 《北京科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第4期370-373,共4页
热轧钢材的淬火冷却是改善钢材质量和性能的重要措施,淬火过程的核心就是控制钢板的冷却速度.针对传统的淬火控冷模型的固有缺陷,为了满足扩展钢种、规格及淬火温度高精度的要求,利用神经网络技术建立了神经网络淬火控冷温度预报模型,... 热轧钢材的淬火冷却是改善钢材质量和性能的重要措施,淬火过程的核心就是控制钢板的冷却速度.针对传统的淬火控冷模型的固有缺陷,为了满足扩展钢种、规格及淬火温度高精度的要求,利用神经网络技术建立了神经网络淬火控冷温度预报模型,该模型与回归数学模型相结合,完成淬火控冷现场控制.应用结果证明,该综合模型极大地提高了钢板淬火冷却的控制精度,提高了产品的成材率. 展开更多
关键词 热轧钢材 淬火 冷却速度 热处理 冷却控制 神经网络 控冷温度预报模型
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卷取张力控制新方法 被引量:21
15
作者 童朝南 纪智 +1 位作者 彭开香 董洁 《北京科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期463-465,共3页
介绍了一种新的卷取机张力控制方法,其关键技术在于取消传统动态力矩补偿,同时满足无冲击张力给定和升速过程中恒张力指标要求.采取的一系列措施后,这种新的方法已成功应用于高精度生产轧机.
关键词 卷取机 张力控制 最大力矩 冷轧机 动态张力波 动态力矩补偿
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板宽板厚多变量系统的自抗扰控制及混沌优化 被引量:11
16
作者 王丽君 童朝南 +1 位作者 彭开香 张飞 《控制与决策》 EI CSCD 北大核心 2007年第3期304-308,317,共6页
针对热连轧板宽板厚双输入双输出大时滞系统的复杂性,给出了简化的数学模型,并针对该模型设计了与静态解耦补偿器串联的多变量自抗扰控制(ADRC)系统.为获得ADRC最佳参数,引入了具有全局快速搜索能力的变尺度混沌优化方法.仿真结果表明,A... 针对热连轧板宽板厚双输入双输出大时滞系统的复杂性,给出了简化的数学模型,并针对该模型设计了与静态解耦补偿器串联的多变量自抗扰控制(ADRC)系统.为获得ADRC最佳参数,引入了具有全局快速搜索能力的变尺度混沌优化方法.仿真结果表明,ADRC抗扰性和鲁棒性明显优于常规PID. 展开更多
关键词 板宽 板厚 自抗扰控制 解耦 混沌优化
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工程教育专业认证中课程目标达成评价方法研究——以北京科技大学自动化专业“过程控制”课程为例 被引量:30
17
作者 董洁 李擎 +2 位作者 彭开香 崔家瑞 鲁亿方 《高等理科教育》 2019年第4期121-125,共5页
工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。基于产出的教育理念(OBE)是工程教育专业认证的核心,课程是本科教育的核心环节,课程质量的高低将直接影响人才培养质量。... 工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度,也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础。基于产出的教育理念(OBE)是工程教育专业认证的核心,课程是本科教育的核心环节,课程质量的高低将直接影响人才培养质量。文章提出了一种基于OBE理念的课程目标达成评价方法并用于理论课教学,将定量评价与定性评价(学生评学)相结合,从而促进课程教学的持续改进,为工程教育专业认证中毕业要求达成评价提供依据。 展开更多
关键词 工程教育 专业认证 课程目标达成评价 学生评学
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带钢热连轧AGC系统实时仿真 被引量:8
18
作者 王正林 童朝南 +1 位作者 孙一康 彭开香 《北京科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期600-603,共4页
设计了基于数字信号处理器DSP的热连轧自动厚度控制(AGC)实时仿真器,建立了调厚过程压下系统和变形区的动态模型.仿真时,仿真器实时并行地计算带钢和轧机的模型, 计算机控制系统的控制器运行AGC软件,两者通过内存映像网实时交换数据,因... 设计了基于数字信号处理器DSP的热连轧自动厚度控制(AGC)实时仿真器,建立了调厚过程压下系统和变形区的动态模型.仿真时,仿真器实时并行地计算带钢和轧机的模型, 计算机控制系统的控制器运行AGC软件,两者通过内存映像网实时交换数据,因此通过虚拟的对象实现了对AGC软件的实时离线调试. 展开更多
关键词 AGC 热连轧 实时仿真器 动态仿真 DSP 内存映像网
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液压位置控制系统的自适应补偿 被引量:13
19
作者 张飞 童朝南 +1 位作者 彭开香 陈建中 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第5期94-97,共4页
分析了液压位置控制系统中活塞运动速度与液压缸油压之间普遍存在的蝶形特性,提出一种自适应补偿方法,该方法能降低活塞在不同方向上运动的非线性,并能有效降低负载力对液压缸活塞移动速度的影响,提高系统的动态性能。由于确定补偿系数... 分析了液压位置控制系统中活塞运动速度与液压缸油压之间普遍存在的蝶形特性,提出一种自适应补偿方法,该方法能降低活塞在不同方向上运动的非线性,并能有效降低负载力对液压缸活塞移动速度的影响,提高系统的动态性能。由于确定补偿系数所需要的参量均由现场仪表直接提供或仅需经过简单的转换得到,故而具有很强的适用性。该方法已应用于国内热轧带钢厂,并取得良好的控制效果。 展开更多
关键词 液压位置控制 伺服阀 自适应补偿
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双闭环直流调速系统动态补偿控制器的在线优化设计 被引量:9
20
作者 杨旭 姜银光 +2 位作者 彭开香 高晶晶 童朝南 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期2409-2417,共9页
双闭环直流调速系统广泛应用于带钢热连轧等复杂工业过程,该文针对轧机传动系统由于咬钢过程导致的调速系统动态性能下降问题,建立主传动系统机电耦合模型,并利用基于残差生成器的容错控制框架,进行主传动系统的动态补偿控制器设计。选... 双闭环直流调速系统广泛应用于带钢热连轧等复杂工业过程,该文针对轧机传动系统由于咬钢过程导致的调速系统动态性能下降问题,建立主传动系统机电耦合模型,并利用基于残差生成器的容错控制框架,进行主传动系统的动态补偿控制器设计。选取控制器输出和调速系统输出作为目标控制函数的性能指标约束,采用基于梯度下降的数据驱动方法,实现动态补偿控制器参数矩阵的在线迭代优化,提高电机调速系统在负载扰动影响下的鲁棒性能和抗干扰性能。仿真与实验结果均表明:该算法能够减少电机转速下降幅度,改善传动系统调速性能,提高闭环控制系统稳定性,并能有效缩短带钢头部长度。 展开更多
关键词 双闭环直流调速系统 动态速降 数据迭代 控制器设计
原文传递
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