隧道窑监控系统设计及温度模糊控制器仿真研究

论文摘要

高温隧道窑是一种用于耐火材料烧制的设备,其燃料一般是重油或者天然气。窑内温度控制的好坏直接关系到耐火材料质量的高低。如何设计控制系统使温度达到工艺要求,对降低能源消耗,提高成品率以及降低污染具有现实意义。在深入分析隧道窑生产工艺要求以及国内外隧道窑自动控制系统发展状况之后,本文根据隧道窑生产过程的工艺要求,在详细的需求分析的基础上,对隧道窑计算机控制与管理系统的整体结构、控制部分及管理部分进行了设计与实现。完成了一个集回路控制、过程监控和管理信息系统于一体的隧道窑计算机控制系统。系统采用西门子S7-300系列控制单元实现系统的回路控制,采用WinCC组态软件实现系统的监控和管理功能。隧道窑本身是一个比较复杂的对象,它具有非线性和时变等特征,很难建立一个精确的数学模型,很多时候只能用一个一阶惯性纯滞后环节来近似的描述它。采用传统的PID控制策略来控制隧道窑的温度,由于参数不易整定、抗干扰性能力差、自适应性差、严重依赖操作人员的现场经验等一系列的缺点,达不到现代热处理的工艺要求。本文根据隧道窑热处理工艺的要求,在分析了传统PID控制策略和模糊控制两者优缺点的基础上,设计了一种适合高温隧道窑温度控制系统的模糊PID控制器,利用模糊控制器整定PID控制器的三个控制参数KP, KI, KD,并运用MATLAB仿真技术对这种算法进行了仿真研究。仿真结果表明温度控制器具有较好的控制效果并具有较强的抗干扰能力,能够满足现代热处理工艺的隧道窑温度控制生产要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 隧道窑结构特点和生产过程
• 1.1.1 隧道窑的结构
• 1.1.2 隧道窑系统的生产过程
• 1.2 国内外隧道窑控制系统发展的现状及发展趋势
• 1.2.1 隧道窑自动控制系统的现状
• 1.2.2 隧道窑自动控制的发展趋势
• 1.3 模糊控制概述
• 1.4 模糊控制方法研究的现状
• 1.4.1 模糊-PID复合控制
• 1.4.2 参数自整定模糊控制
• 1.4.3 自组织模糊控制
• 1.4.4 专家模糊控制
• 1.5 模糊控制技术在国内外的发展情况
• 1.6 模糊控制技术的展望
• 1.7 本文的主要内容
• 第二章 隧道窑监控系统设计
• 2.1 隧道窑的工艺及原理
• 2.1.1 隧道窑的工艺
• 2.1.2 隧道窑的原理
• 2.1.3 针对工艺要求提出的控制要求
• 2.2 计算机监控系统的总体设计
• 2.2.1 系统总体设计
• 2.2.2 基础控制级设计
• 2.2.3 过程监控级设计
• 2.3 系统通信方式
• 2.3.1 上位机和PLC通讯
• 2.3.2 PLC间的PROFIBUS通讯
• 2.4 系统软、硬件简介
• 第三章 隧道窑监控系统的实现
• 3.1 控制系统功能实现
• 3.1.1 预热带温度点的选取及控制的实现
• 3.1.2 烧成带温度控制的实现
• 3.1.3 压力、流量控制的实现
• 3.2 监控系统及管理系统的实现
• 3.2.1 监控系统的组成及实现
• 3.2.2 管理信息系统的实现
• 第四章 模糊PID控制器的设计实现及仿真
• 4.1 PID控制简介
• 4.1.1 常规PID控制
• 4.1.2 PID参数整定原则
• 4.1.3 对常规PID控制的剖析
• 4.2 模糊控制原理
• 4.3 模糊PID控制技术
• 4.4 模糊自整定PID控制器的设计
• 4.4.1 论域及隶属函数的确定
• 4.4.2 输出量的去模糊化
• 4.5 Fuzzy-PID控制算法在一个周期内的流程图
• 4.6 模糊PID和传统PID的仿真比较
• 4.6.1 系统阶跃响应分析
• 4.6.2 系统抗干扰性能分析
• 4.6.3 系统鲁棒性能分析
• 4.6.4 仿真结论
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢