基于模糊神经网络的结晶器液位控制

论文摘要

连铸机结晶器作为钢铁企业轧钢生产线上的主要设备之一,直接影响出钢的质量、产量、成本以及生产的安全进行。结晶器钢水液位控制是连铸过程的关键环节。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非线性,诸如：塞棒的侵蚀、拉速变化、结晶器振动等干扰因素,以及结晶器所处工作环境的恶劣,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,这样研究一种性能良好的控制策略就很有实际的意义。本文从实际出发,以大钢棒材生产线连铸机的结晶器液位控制系统为研究背景,重点消化研究了现场结晶器液位控制系统,对系统中包含的塞棒控制回路和液位控制回路设计进行了分析。分别建立了交流伺服电动缸、塞棒流量特性、拉速特性、结晶器以及液位检测装置的模型。设计了基于模糊神经网络的结晶器液位控制器。它具有清晰的网络结构,并能完成在线学习修正网络的权值。通过现场采集的样本数据先对模糊神经网络控制器进行离线训练,使控制器具有良好的初始参数,得到一个基本反映系统要求的网络。最后,在MATLAB环境下进行了仿真研究,结果表明：基于模糊神经网络控制的结晶器液位控制系统与基于PID控制的液位控制系统相比,对结晶器液位变化的跟踪性能较好,超调量小,调节时间较短,而且鲁棒性较强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 连铸技术的发展状况
• 1.1.1 连续铸钢简介
• 1.1.2 连铸技术的发展方向
• 1.1.3 我国连铸技术的发展
• 1.2 连铸自动化控制技术的发展状况
• 1.2.1 连铸自动化的发展
• 1.2.2 连铸自动化的设计思想和原则
• 1.2.3 连铸自动化的分级
• 1.3 结晶器液位控制的作用及研究现状
• 1.3.1 结晶器的用途和分类
• 1.3.2 结晶器液位控制技术的发展及要解决的难题
• 1.3.3 液位控制的影响因素
• 1.4 模糊神经网络控制简介
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 棒材连铸机结晶器液位系统
• 2.1 连铸生产工艺
• 2.2 棒材连铸结晶器液位系统构成
• 2.2.1 棒材连铸机技术参数
• 2.2.2 棒材连铸自动控制系统组成
• 2.3 结晶器液位控制系统
• 2.3.1 结晶器液位控制的重要意义
• 2.3.2 结晶器液位的检测方法分析
• 2.3.3 结晶器液位的控制方法分析
• 2.3.4 传统的结晶器液位控制系统
• 2.4 棒材连铸结晶器液位控制系统存在的问题
• 2.5 本章小结
• 第3章 结晶器液位系统建模
• 3.1 结晶器液位控制系统的组成
• 3.2 液位系统模型的建立
• 3.2.1 交流伺服电动缸模型
• 3.2.2 塞棒流量特性模型
• 3.2.3 拉速特性模型
• 3.2.4 结晶器模型
• 3.2.5 结晶器液位检测模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于模糊神经网络的结晶器液位控制器设计
• 4.1 模糊逻辑控制器设计
• 4.1.1 输入输出变量的选择
• 4.1.2 模糊控制规则的设计
• 4.1.3 输入精确变量的模糊化
• 4.1.4 输出模糊变量的清晰化
• 4.2 模糊神经网络控制器的设计
• 4.2.1 控制系统结构设计
• 4.2.2 模糊神经网络控制器的设计
• 4.2.3 模糊神经网络控制器的训练和学习
• 4.3 仿真研究
• 4.3.1 算法流程图
• 4.3.2 Matlab中模糊神经网络模型的建立
• 4.3.3 仿真结果比较
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参加项目科研情况