一种基于非线性PID控制的结晶器液位控制系统研究

论文摘要

连铸过程实现液面控制是提高铸坯质量和提高铸机效率的重要手段,本文通过对液位控制系统的研究总结出一种新型的控制方法,实现液位的平稳控制,着重对连铸结晶器液位控制进行了研究与开发。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时变性,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。本文在分析结晶器液位特点的基础上,以结晶器液位控制系统为对象,建立了结晶器液位控制系统的模型。研究并开发出一种带有死区环节和饱和环节相结合的非线性PID控制器,并引用积分分离法加以修正,再应用Matlab的Simulink模块对控制系统进行了仿真。结果表明：本文设计的结晶器液位控制系统具有超调量小,过渡时间短,稳态误差小等特点,从而可以更好地适应连铸液位控制系统中的非线性和时变性的特点。同时也为提高结晶器的在线控制质量水平提供了一种新的思路。最后,本文对结晶器液位控制系统的监控软件进行了设计。本监控软件利用面向对象的方法进行分析和设计,包括用户登录系统、界面显示、界面切换等模块,实现了液位曲线实时显示、历史数据显示、报警显示、打印报表等主要功能,从而达到系统监控的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 连铸的发展状况
• 1.1.1 连续铸钢简介
• 1.1.2 连铸技术的发展目标及趋势
• 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发展现状
• 1.3.1 结晶器的用途和分类
• 1.3.2 结晶器液位控制方法
• 1.3.3 结晶器液位控制的意义
• 1.3.4 结晶器液位控制技术的发展及要解决的难题
• 1.4 本文研究目的及内容
• 第二章 结晶器液位控制方法
• 2.1 结晶器液位控制方法的选择
• 2.2 结晶器液位检测方法的研究与分析
• 2.3 结晶器液位控制所面临的困难
• 第三章 结晶器液位控制系统的建模
• 3.1 结晶器液位控制系统的组成
• 3.2 控制系统建模与分析
• 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 结晶器液位检测器模型
• 第四章 非线性PID液位控制系统的设计
• 4.1 常规PID控制器的设计
• 4.2 非线性PID控制系统设计
• 4.2.1 液位的非线性控制的简介
• 4.2.2 带饱和环节的非线性PID控制
• 4.2.3 带死区环节的非线性PID控制
• 4.2.4 引用积分分离法的非线性PID控制
• 4.2.5 事故报警处理
• 4.2.6 控制算法的设定
• 4.3 系统的仿真设计及分析
• 4.3.1 常规PID控制仿真分析
• 4.3.2 非线性PID控制仿真分析
• 第五章 结晶器液位控制系统的软件设计
• 5.1 组态软件简介
• 5.2 监控系统软件的设计
• 5.2.1 系统登陆界面的设计
• 5.2.2 系统主界面的设计
• 5.2.3 其他子界面的设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 文中包含图、公式及文献