轧钢加热炉炉温控制算法设计

论文摘要

加热炉是轧钢生产线上的重要设备,加热炉炉温的控制效果直接影响钢坯的质量。由于加热炉属于典型的非线性、大惯性、强耦合、纯滞后系统,加之炉内温度分布不能直接测量,同时受多种生产工艺因素的制约,因此炉温控制一直是控制界研究的热点问题。通常轧钢加热炉分三段——预热段、加热段和均热段。均热段是钢坯出炉前的最后一段,控制也最为严格,钢坯在此段被加热到轧线需要的温度并使其断面温差控制在一定范围内。本文着重针对均热段炉温控制展开相关研究。目前,炉温控制算法以PID算法为主。PID算法具有简单、稳定、可靠等优点,但参数整定比较困难,在非线性时变,滞后较大的系统中控制效果不理想。模糊控制算法是一种智能控制算法,通过模仿人的思维方式和人的控制经验对被控对象进行调节。在设计中不需要建立温度对象的精确数学模型,因此对于数学模型难以准确获取、动态特性不易掌握的炉温过程非常适用。论文首先综述了加热炉炉温控制现状,在此基础上介绍了加热炉的工艺及控制。考虑到PID算法及模糊算法各具优点,把二者结合起来,利用模糊PID算法控制炉温,并分别采用PID算法、模糊算法、模糊PID算法对炉温进行控制,对控制效果进行对比分析。控制结果表明,PID算法响应较快,但有较大的振荡和超调量,调节时间较长。模糊控制振荡小,超调量较小,响应较快,但过渡过程较长。模糊PID算法综合了模糊算法和PID算法的优点,无需建立精确数学模型,并能发挥PID算法简单的特性,过渡过程时间短,适应能力强,取得了较好的控制效果,具有较强的实用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 课题研究的意义
• 1.3 自动化控制技术的现状
• 1.4 加热炉温度控制
• 1.4.1 炉温控制的主要方法
• 1.4.2 炉温控制领域的工作成果
• 1.5 论文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 加热炉工艺及控制
• 2.1 加热炉工艺概况
• 2.2 加热炉基础控制系统简介
• 2.2.1 装、出钢机运行控制
• 2.2.2 步进梁运行控制
• 2.2.3 炉膛压力控制
• 2.2.4 温度控制系统
• 2.3 加热过程数学模型
• 2.3.1 燃烧模型
• 2.3.2 炉内流动模型
• 2.3.3 炉内传热模型
• 2.4 加热炉控制的要求
• 2.5 本章小结
• 第三章 加热炉炉温 PID 控制
• 3.1 PID 控制的基本原理
• 3.2 PID 控制的特点
• 3.3 PID 温度控制器
• 3.4 本文的炉温研究模型
• 3.5 PID 算法炉温控制仿真
• 3.6 本章小结
• 第四章 加热炉炉温模糊控制
• 4.1 模糊控制的基本原理
• 4.1.1 模糊控制的发展情况
• 4.1.2 模糊控制的原理
• 4.2 模糊控制的特点
• 4.3 模糊控制器
• 4.3.1 输入与输出语言变量
• 4.3.2 隶属度函数及模糊控制器的控制规则
• 4.3.3 输入量的模糊化方法和输出量的去模糊化方法
• 4.4 炉温模糊控制仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 加热炉炉温模糊PID 控制
• 5.1 模糊PID 控制的基本原理
• 5.1.1 模糊PID 控制的发展情况
• 5.1.2 模糊PID 控制算法
• 5.2 模糊PID 控制的特点
• 5.3 模糊PID 温度控制器
• 5.3.1 模糊PID 控制系统的结构
• 5.3.2 模糊PID 控制算法的控制规则
• 5.4 模糊PID 控制炉温控制仿真
• 5.5 仿真结果比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文