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专利号: 2022102339325
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种炉体变容积控制方法,其特征在于,所述控制方法包括以下步骤:S1、受力模型简化分析及动力模型准备;

S2、建立炉体变容积动态模型及悬垂质量曲线模型;

S3、建立炉体变容积系统的状态控制模型并建立悬垂质量曲线变容积模型;

S4、分析状态控制模型的开环稳定性并建立调节曲线弧长与炉体变容积的模型关系;

S5、根据系统状态控制模型及非线性控制模型设计控制器;

S6、应用控制器调控炉体容积变化并满足控制目标。

2.根据权利要求1所述的一种炉体变容积控制方法,其特征在于:所述步骤S1具体包括:根据涂层工件悬垂度将其简化为悬垂质量曲线,并将用于炉体变容积的调节工件简化为调节曲线;其中炉体变容积控制模型的输入由不可压缩工质实现,工质压力和流量分别记为p和q,为动力学建模做准备。

3.根据权利要求2所述的一种炉体变容积控制方法,其特征在于:所述步骤S2具体包括:根据步骤S1的动力学模型准备来建立炉体变容积的动态数模及悬垂质量曲线;其中,变容积动态数模的分析过程如下:工质流动将其推进功转化为机械功,建立动态方程pΔV=2FTΔx其中ΔV为变化的容积,FT为一侧滑块拉力,Δx为一侧滑块的位移,mL(t)为一侧滑块随时间变化的质量,为一侧滑块的加速度,为一侧滑块的速度,x为一侧滑块的位移,α为一侧滑块的弹簧刚度,B为一侧滑块的阻尼系数;

悬垂质量曲线的建模过程分析如下:

其中T为入口侧工艺辊上悬垂质量曲线接触点B′处切线方向拉力,G为一半的悬垂质量曲线段的重力,T1为悬垂质量曲线段水平拉力,α为B′处切线方向拉力T与水平方向的夹角,假设悬垂质量曲线段做匀速运动,对其进行受力分析:B′处悬垂质量曲线段斜率为 G=ρgs,其中ρ为悬垂质量曲线的线密度,g为重力加速度,s为悬垂质量曲线的弧长,且 因此有其中,y为悬垂质量曲线函数,它是坐标x的函数;C1为待定系数;

在坐标原点处,y′(0)=0,因此有,C1=0,则其中C2为待定系数;在坐标原点处,y(0)=ho≠0,因此有, 则其中ho为坐标原点处悬垂度。

4.根据权利要求3所述的一种炉体变容积控制方法,其特征在于:所述步骤S3具体包括:根据步骤S2的炉体变容积动态数模和悬垂质量曲线变容积建模,分别建立炉体变容积系统的状态控制模型及悬垂质量曲线变容积模型;

其中,建立变容积系统状态控制模型的分析过程包括:令pq=u,x1=x, 则有

悬垂质量曲线变容积建模的分析过程包括:

其中,Vy为悬垂质量曲线上部的炉体容积,Vh是炉体上部空间容积;l为一半炉体长度,b为炉体内部空间宽度。

5.根据权利要求4所述的一种炉体变容积控制方法,其特征在于:所述步骤S4具体包括:根据步骤S3的炉体变容积系统状态控制模型及悬垂质量曲线变容积建模的分析过程,分析炉体变容积系统状态控制模型的开环稳定性并建立调节曲线弧长与炉体变容积的模型关系;其中,炉体变容积系统状态控制模型的开环稳定性分析过程包括:令n1=x;

a22=1, a12=a21=0,

调节曲线弧长与炉体变容积的模型关系的分析过程包括:调节曲线数模同带悬质量垂曲线数模,则有

其中Vc为炉体变容积,t为时间,yc为调节曲线函数;调节曲线弧长与调节曲线方程一阶导数的关系为其中xu(t)代表一侧滑块的位移;炉体变容积与调节曲线方程的关系调节曲线方程与自身一阶导数的关系

综上所述,调节曲线弧长、炉体变容积都建立了与调节曲线方程的关系,从而就建立调节曲线弧长与炉体变容积直接的关系

6.根据权利要求5所述的一种炉体变容积控制方法,其特征在于:所述步骤S5具体包括:根据步骤S4的分析炉体变容积系统状态控制模型的开环稳定性及调节曲线弧长与炉体变容积的模型关系设计炉体变容积的控制模型,即根据状态控制模型及非线性方法设计控制器;炉体变容积的控制模型即控制器的设计过程包括:目标:改变u使得mL(t)按指定轨迹运动,即x1→x1d引入e:error

e=x1d‑x1

目标变为e→0(x1d→x1)

寻找Lyapunov函数,

希望 于是令

x1d‑x2=‑k1e(k1>0)

使得

设x2d为x2的期望目标

新目标:x2→x2d,引入误差函数

δ=x2d‑x2

目标变化为e,δ→0,寻找Lyapunov函数,令为使 令

于是有

于是得控制器u,其为

7.根据权利要求6所述的一种炉体变容积控制方法,其特征在于:所述步骤S6具体包括:根据步骤S5的炉体变容积控制模型去调控炉体容积变化直至满足炉体变容积的使用要求;这其中包括炉体变容积控制模型即控制器是否稳定,当λ1,λ2<0时,满足控制器稳定性随即可取控制炉体容积变化,当不满足炉体变容积控制模型稳定性时需重新设计炉体变容*积控制模型,直至满足稳定性;当变容积调控满足误差要求时,即eV<eV,变容积调控完成。