铝杆连铸连轧机控制算法研究

论文摘要

近几年来我国电力事业蓬勃发展,铝合金圆杆在国内市场上的需求量随之增大,同时对杆线产品的质量要求也越来越高。利用先进、成熟、可靠的生产设备,先进的连铸连轧技术,开发各种铝合金杆是众望所归的发展趋势。当前世界上最通用的生产工业用杆线材的设备是连铸连轧机设备,我国国内的连铸连轧生产设备的总体水平较低,生产线多是上世纪90年代之前投产的,装备的水平较差,产品的产量、质量低,已经不能适应圆铝杆市场的要求,因此对其进行技术改造势在必行。本文所研究的内容是基于“优化设计铝杆连铸连轧机生产设备”项目开始的。本文主要针对铝杆连铸连轧机的控制系统进行研究与设计。这包括连铸机液位控制部分的优化设计以及连轧机传动机构控制优化设计。本文设计了连铸机结晶器液位控制系统,连铸机浇包液位控制的精度不仅直接关系着铸造出的铝锭坯的质量,更是影响着连轧机轧制出最终的铝杆的质量。文章设计了液位控制系统的结构,针对高温铝液的特点对液位控制系统的检测、控制、执行机构部分进行了选型。文章简要介绍传统PID算法与模糊控制算法,并比较了它们之间的特点,在其基础上结合圆铝杆连铸机浇口塞棒的非线性特征,设计了鲁棒性更好、更为适用于铝液浇包的模糊PID控制算法。文章通过Simulink仿真比较了不同控制算法的控制效果。结果验证结合了PID和模糊控制的算法具有控制精度高,鲁棒性好的优点。在连轧机部分,本文首先比较了国产连轧机和国外产连轧机的机械传动结构部分,本项目中的轧机组是由一台大型直流电机带动一个齿轮系驱动的,整个系统庞大,复杂,且齿轮减速箱造价高,各级机架功率分配无法调整,系统损耗大,所以在轧辊孔型以及相邻轧辊速比分配不变,轧机成本不高于改进前的情况下,改造连轧机的传动机构为电机直接驱动。改进后连轧机的控制问题就变为对电机的控制问题。本文针对改进后电机的控制部分进行研究。文章对交流变频电机直接转矩控制进行了介绍,研究了多采样率下直接转矩控制的控制性能。同时因改原有的齿轮系传动为电机直接驱动连轧机各单元轧辊的结构,传动部分的控制还需要考虑多电机的同步控制,故本文对多电机的同步协调控制进行了研究,比较了现行的各种控制方案,并对所选方案进行了建模仿真。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铝杆连铸连轧国内外发展现状
• 1.3 课题研究背景及意义
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 第2章 连铸机浇堡液位控制设计
• 2.1 浇堡液位控制系统结构设计
• 2.1.1 液位检测装置的选用
• 2.1.2 控制器的选用
• 2.1.3 执行机构的选用
• 2.1.4 铝水液位控制系统其他结构
• 2.2 浇包液位控制算法设计与仿真
• 2.2.1 控制理论的发展
• 2.2.2 PID控制算法简介
• 2.2.3 模糊控制算法简介
• 2.2.4 浇包液位的自整定模糊PID控制算法研究
• 2.2.5 模型建立与算法仿真
• 第3章 连轧机电机传动智能控制
• 3.1 连轧机传动方案简介
• 3.2 交流变频电机调速控制方案设计
• 3.2.1 多采样率理论简介
• 3.2.2 直接转矩控制系统及理论简介
• 3.3 直接转矩控制系统的Simulink仿真研究
• 3.3.1 模型的建立
• 3.3.2 仿真结果及分析
• 3.4 多电机同步控制方案分析与仿真
• 3.4.1 连轧机同步驱动策略的研究
• 3.4.2 多电机同步控制策略的研究
• 3.4.3 仿真及结果分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文