论文摘要
锌锅是热镀锌机组的主体设备,其功能是熔化锌锭,维持锅内液态锌在某一温度范围,实现带钢的镀锌生产流程。感应加热锌锅具有热效率高、操作环境好、温度控制精度高等优点,目前被广泛采用。锌锅温度自动控制作为过程控制的一个典型,其动态特性具有大惯性、大延迟的特点,并且伴有非线性,难以建立精确的数学模型。本文在分析锌锅温度控制系统特性的基础上,对两种锌锅温度控制方案进行了比较与仿真研究。第一种方案是PID控制,它结构简单、容易实现,积分分量可以消除稳态误差,大多数情况下可以满足性能要求。PID控制的性能主要取决于选定的参数。本文选用Ziegler-Nichols、Chien-Hrones-Reswick整定法对其参数进行整定。第二个方案选择模糊控制,它在快速性、稳定性方面有比较明显的优势,专家规则式的控制方式为复杂系统提供了一种较为理想的控制策略。通过对锌锅温控系统的分析,建立了模糊控制规则表。借助MATLAB的Simulink和Fuzzy工具箱,对锌锅PID控制系统和模糊控制系统进行了仿真。通过分析结果可以得出,在采用PID控制时,系统无稳态误差,但难以同时满足升温快、超调小的要求；采用模糊控制可以保证较小的超调量,但出现了稳态误差。针对以上两种控制方案特点,考虑将二者结合,实现优势互补,设计一种参数自整定模糊PID控制器,利用模糊推理对PID参数进行实时整定。通过仿真研究,参数自整定模糊PID控制能达到系统稳定、调节时间短且超调小的性能指标。本文结合生产现场锌锅温控系统结构,将参数自整定模糊PID控制方案应用于锌锅温度控制。以西门子S7-300系列PLC为硬件基础,给出了主程序流程图。利用编程软件STEP 7,采用梯形图语言编写模糊PID控制功能程序块,实现对锌锅温控系统的模糊PID控制。观察改进后系统的响应曲线,各项性能指标能满足生产要求。因此表明对于锌锅,参数自整定模糊PID控制是一种比较理想的温控方案。