基于参数预测的高炉风机模糊调节-PID控制系统设计与仿真分析

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高炉鼓风机是炼铁工艺过程中的核心动力设备,为炉内冶金反应提供必要的氧气,并直接影响炉料的顺行,鼓风机的控制效果与企业的产量、效益、安全息息相关。为了进一步改善高炉鼓风机的控制性能,保证鼓风机在安全、可靠、高效点运行,本文开展高炉鼓风机基于预测基础上的模糊调节-PID静叶控制研究,以及鼓风机防喘振模糊控制技术研究。   多级全静叶调节高炉鼓风机的性能参数受多种结构参数的影响,难以建立以静叶开度为表征参量的性能参数解析表达式,本文通过坐标变换使静叶开度特性曲线图上不规则的有效工作区转换成为规则的矩形工作区,然后采用契比雪夫多项式拟合方式建立了以静叶开度为特征参量的性能参数近似数学模型,以及以温度为特征参量的喘振边界线和喘振控制线的近似数学模型。   根据近似模型进行防喘振控制系统设计,由鼓风机的进出口压力、出口风量和风温确定鼓风机的喘振控制区,并进行喘振控制区深入度计算,由模糊控制器根据深入度数值进行模糊判决确定防喘振控制阀的开度,保证既不出现喘振工况又能减小已压缩的空气排放量,从而减少能量损失。   根据鼓风机输出风量和风压对静叶开度具有相同增减趋势的特点,进行基于参数预测的模糊调节-PID静叶调节系统设计,PID控制器根据检测值与指令值的差值进行静叶角度调节,预测模块根据参数检测值的历史数据进行预测,并由模糊控制器根据预测值调整PID控制器的参数。根据预测值进行PID参数调节,一方面可达到提前调节的目的,另一方面,根据鼓风机不同工况调节PID参数可提高系统控制精度,避免出现过大的超调量和稳态振荡。   在Simulink仿真环境中对静叶开度控制系统和防喘振控制系统进行了仿真分析。结果表明,基于预测-模糊调节的PID静叶开度控制系统无论在超调量、振荡次数还是调节时间方面都明显优于单纯的PID控制;防喘振模糊控制系统能够根据鼓风机工况的进行防喘振控制阀开度调节,避免了当工况进入喘振控制区后防喘振控制阀始终处于完全打开状态,减少了已压缩空气的排放量。
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