论文摘要
结晶器液位自动控制已经成功应用在铸坯截面为150 mm×150 mm以上的板坯连铸机上,而在小方坯连铸机（铸坯截面为130mm×130 mm）上的应用效果不佳。虽然首钢是国内领先的连铸大企业,但小方坯铸机还都是手动开浇,人工控制结晶器液面高度,自动控制技术远远落后于发达国家,钢坯质量很难得到改善。为了进一步提高小方坯的质量,同时也为了积累连铸机自动化改造经验,在消化吸收国内外其他钢铁厂连铸机结晶器液位控制理念的基础上,设计了适用于小方坯连铸机的结晶器液位自动控制系统。本文首先根据液位控制的机理建立了各个环节的数学模型。并分析了模糊控制方法和PID控制方法各自的特点,将模糊控制和PID控制有机结合起来,设计了Fuzzy-PID复合控制器。该控制器综合了模糊和PID两种控制方式的优点,既具有模糊控制对非线性系统控制的有效性,又具有PID控制的精确性。在系统建模和控制器设计的基础上,采用Matlab仿真软件对PID控制和Fuzzy-PID复合控制两种控制算法进行仿真研究,仿真结果表明Fuzzy-PID复合控制较常规PID控制具有更好的稳定性和控制精度,该系统具有结构简单、抗干扰能力强,调整时间短等优点,可同时兼顾控制系统的动静态性能。在理论研究的基础上,采用西门子S7-300系列PLC、STEP7编程软件和WinCC4.0组态软件,对控制系统的上、下位机的软、硬件进行了设计、编程及调试,实现了结晶器液位的Fuzzy-PID复合控制。液位检测使用放射性同位素（CS137）检测法；在塞棒执行机构上使用了高精度数字电动缸,将液位串级控制结构简化为一阶闭环控制,缩短了系统响应时间,将结晶器液位误差控制在±5mm之间,基本达到要求。应用表明,Fuzzy-PID复合控制器具有良好的动态、静态特性和一定的鲁棒性,而且控制算法简单,实现方便,有效地提高了铸坯质量。