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连续铸钢是现代钢铁生产流程中重要的工艺过程,是高质量产品生产的关键环节之一,然而在生产过程中有许多因素制约了铸坯质量的提高,其中结晶器液位稳定性是重要的影响因素之一。结晶器内液位的波动会造成保护渣大量卷入钢水中,因此必须将结晶器液位波动控制在一个合适的范围内。结晶器液位波动受塞棒的侵蚀、浸入式水口的堵塞、结晶器振动等多种因素的影响,而且结晶器液位系统具有时变形性和非线性特性,因此采用传统的PID控制已满足不了当前要求,开发新的控制方法势在必行。本文在分析常用结晶器液位控制算法的基础上,结合连铸过程的特点,提出采用PID控制与模糊控制相结合的复合控制方式,并分别设计了PID控制器与模糊控制器。
本文所采用的液位控制系统是通过采用液压系统调节塞棒来控制结晶器液位,在对液压系统理论分析的基础上建立了较为精确的液压控制模型和塞棒流量特性模型,根据流入量与流出量建立了结晶器液位高度模型,从而构成了液位控制的系统控制模型。本文所提出的复合控制器是由PID控制器与模糊控制器两个独立的控制器构成,并通过一定的转换条件结合在一起。PID控制器设计的关键是对比例、积分、微分等控制参数的选择,经过多次实验采用了试凑法来确定控制参数。模糊控制器的核心是推理机(数据库、规则库),影响控制精度主要为模糊划分、隶属函数、控制规则等因素,在设计过程中需不断修正这些因素。通过在控制仿真软件MATLAB上进行仿真模拟,发现该控制器具有良好的控制效果。
仿真实验结果表明:模糊PID复合控制器克服了单纯的PID控制器超调量大、过度时间长等缺点,它的快速响应性能,使结晶器液位控制在外界条件变化时能够保持良好的控制效果,其超调量小,过度时间短;模糊PID控制器在稳定控制时具有控制精度高,稳态偏差小等优点;克服了一定范围内,塞棒频繁抖动的缺点以及浸入式水口部分侵蚀、堵塞所引起的控制精度差;较好地解决了在有外界干扰下的控制难题。