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基于耦合反步法的轧机垂扭耦合振动控制策略研究
摘要：
本文以轧机垂向和扭向振动为研究对象，基于耦合反步控制理论，提出了一种新的轧机垂扭耦合振动控制策略，从而有效地降低轧机的振动，提高其稳定性和生产效率。首先，通过模态分析确定了轧机的主要振动模态；然后，采用反步控制理论设计了耦合控制器，并通过Matlab/Simulink仿真验证了控制策略的有效性和稳定性。最后，通过实验验证了所提出的控制策略在实际生产中的可行性和有效性。结果表明，该控制策略能够有效地降低轧机的垂扭耦合振动，并具有良好的控制效果和实用性。
关键词：轧机；耦合反步控制；垂向振动；扭向振动；模态分析
Abstract:
Thispaperfocusesonthestudyofverticalandtorsionalvibrationsofrollingmills,andproposesanewstrategyforcontrollingthecouplingvibrationofrollingmillsbasedonthecouplingbackstepcontroltheory,whicheffectivelyreducesthevibrationofrollingmills,enhancestheirstabilityandproductionefficiency.Firstly,themainvibrationmodesoftherollingmillaredeterminedbymodalanalysis.Then,acouplingcontrollerisdesignedbyusingthebackstepcontroltheory,andtheeffectivenessandstabilityofthecontrolstrategyareverifiedthroughMatlab/Simulinksimulation.Finally,thefeasibilityandeffectivenessoftheproposedcontrolstrategywereverifiedbyexperimentinpracticalproduction.Theresultsshowthatthecontrolstrategycaneffectivelyreducethecouplingvibrationoftherollingmillandhasgoodcontroleffectandpracticality.
Keywords:rollingmill;couplingbackstepcontrol;verticalvibration;torsionalvibration;modalanalysis
引言：
随着现代工业的发展，轧机已经成为生产钢材的核心设备之一。然而，在轧制过程中，由于材料的物理性质和工艺参数的影响，轧机往往会出现垂向和扭向振动现象，严重影响了板材的质量和轧机的生产效率。因此，降低轧机的振动，提高其稳定性和生产效率，已经成为当前重要的研究课题之一。
近年来，随着控制理论在工业领域的不断应用，控制策略已经成为降低轧机振动的主要手段之一。而耦合反步控制理论作为一种新型的控制方法，已经成为众多研究者的热点之一。通过将不同控制器耦合在一起，可以有效地降低轧机的振动。因此，本文将基于耦合反步控制法来控制轧机的垂扭耦合振动。
论文正文：
1.轧机振动的模态分析
模态分析是研究轧机振动的重要方法。本文通过有限元建模，得到了轧机的模态阻尼比和振动形态，确定了轧机的主要振动模态。结果表明，轧机的垂向和扭向振动各具有若干个振动模态，主要振动模态分别为1和2次模态。
2.耦合反步控制器设计
耦合反步控制器是降低轧机振动的核心。本文采用反步控制理论设计了一种针对轧机垂扭耦合振动的控制器。控制器的输入包括轧机的垂向和扭向振动信号，输出为控制器的控制量。该控制器将不同的控制器耦合在一起，通过时间反馈策略进行控制。根据控制器的设计结果，绘制出轧机的控制框图。
3.Matlab/Simulink仿真结果
为验证所提出的控制策略的有效性，本文使用Matlab/Simulink进行了仿真实验。仿真结果表明，该控制策略能够有效地降低轧机的垂扭耦合振动，并且具有很好的控制效果和稳定性。
4.实验结果分析
本文进行了实验验证，结果表明所提出的控制策略的有效性和可行性在实际生产中得到了验证。实验结果显示，轧机的振动幅值明显降低，轧机的稳定性和生产效率显著提高。
结论：
本文提出了一种基于耦合反步控制理论的轧机垂扭耦合振动控制策略，通过模态分析确定了轧机的主要振动模态，设计了一个耦合控制器，并通过Matlab/Simulink仿真和实验验证了控制策略的有效性和实现性。结果表明，该控制策略能够有效地