一种基于模糊PID控制的结晶器液位控制方法的研究

论文摘要

结晶器液位控制系统是提高生产效率和产品质量的关键环节。结晶器液位控制的作用主要表现为：使结晶器内钢水液位保持稳定,有效地发挥一次冷却的作用,增加连铸机的产量,改善铸坯表面质量,减轻操作者的劳动强度,减少生产事故。在结晶器液位控制过程中,由于控制模型的不确定性和时变性诸如：塞棒的侵蚀、拉速变化、结晶器振动等干扰因素,给控制过程带来许多困难,采用传统的PID控制技术很难解决上述问题。本文在系统地研究浇铸过程的基础上,并对现有控制系统分析,提出采用自整定参数PID控制器与模糊控制器并行的控制结构。自整定参数PID控制器以常规PID为基础,以液位偏差E和液位偏差变化率Ec作为输入,采用模糊推理方法对PID参数kp、ki进行在线自整定,以满足不同情况对控制器参数的要求,而使整个系统具有良好的静态和动态性能；模糊控制器以液位偏差为输入,通过模糊推理输出补偿信号来抑制系统超调量,降低液位超调。本文在设计控制器的过程中建立系统模型的同时考虑扰动因素,如塞棒结瘤与结瘤脱落、拉速扰动、机械死区和铸坯鼓肚等因素,并基于PID参数对系统的影响规律和现场生产经验,编制了合理的隶属函数和控制规则,最终设计出合理的PID参数调整模块和模糊控制器。Simulink仿真结果表明：通过本文设计的结晶器液位控制系统具有超调量小,过渡时间短,稳态误差小的特点,从而可以更好地适应连铸液位控制系统中的非线性和时变性的特点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 引言
• 1.2 连铸技术的概况
• 1.2.1 国外连铸技术的发展
• 1.2.2 国内连铸技术发展
• 1.3 结晶器液位控制
• 1.3.1 结晶器液位的检测方法
• 1.3.2 结晶器液位的控制方法
• 1.3.3 液位控制的影响因素
• 1.4 本文研究的主要内容、目的及意义
• 第二章 模糊控制理论
• 2.1 模糊自动控制原理
• 2.1.1 模糊控制的基本思想
• 2.1.2 模糊控制系统的组成
• 2.1.3 模糊控制的基本原理
• 2.2 模糊控制器结构
• 2.2.1 单变量模糊控制器
• 2.2.2 多变量模糊控制器
• 2.3 模糊控制器的设计
• 2.3.1 模糊控制器的结构设计
• 2.3.2 模糊控制规则的设计
• 2.3.3 模糊量的去模糊化
• 2.3.4 论域、量化因子和比例因子的选择
• 第三章 结晶器液位系统模型
• 3.1 结晶器液位控制系统的组成
• 3.2 控制对象模型的建立
• 3.2.1 塞棒水口流量特性
• 3.2.2 伺服系统模型
• 3.2.3 结晶器特性与建模
• 3.2.4 "死区"的描述
• 3.2.5 鼓肚的量化
• 第四章 模糊PID控制器的设计
• 4.1 结晶器液位控制系统的结构设计
• 4.1.1 结晶器液位控制中的几个主要难题
• 4.1.2 结晶器液位控制系统的结构
• 4.2 参数自整定PID控制器的设计
• 4.2.1 PID概述
• 4.2.2 基于理论模型的PID设计
• 4.2.3 自整定参数模块的设计
• 4.3 补偿模块的设计
• 4.3.1 超调补偿模块的设计
• 4.3.2 死区补偿模块的设计
• 4.4 仿真研究
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 文中包含图、表、公式及文献