结晶器液位控制系统研究

论文摘要

结晶器液位控制是连铸过程控制中的重要环节,结晶器液位控制的稳定性和控制精度是安全生产和保证铸坯质量稳定不可或缺的部分。针对传统PID在结晶器液位控制应用中存在抗扰动性能差的问题,本文对PID控制方案进行了改进,尝试引入了模糊-预测-PID复合控制方案,对结晶器液位控制器的设计进行了较为深入的分析和研究。本文主要完成了以下研究工作及内容：（1）结晶器液位控制系统的分析与建模。通过对结晶器液位控制系统结构分解,详细分析了结晶器液位控制系统各个环节动静态特性,建立了相应的对象模型,并对模型进行适当的简化,以突出各个环节的主要特点,确定被控对象的模型。（2）结晶器液位串级控制器的设计。本文设计一种结晶器液位串级控制系统,其中滑动水口位移控制回路为内回路,结晶器液位控制回路为外回路。采用非线性补偿环节、前馈控制策略、自整定PID控制器以及模糊控制策略和预测控制策略相结合的控制方案,克服了滑动水口非线性流量特性和中间包钢水液位对结晶器液位的影响,同时克服了由拉坯速度变化、未建模动态和传感器测量噪声等引起的扰动影响。（3）结晶器液位控制方案的仿真与分析。本文对双回路PID、模糊-PID、预测-PID以及模糊-预测-PID四种复合控制方案进行仿真分析。双回路PID在未加任何扰动的情况下表现出了良好的稳态性能,但加入了噪声扰动后,表现出明显的振荡,控制的抗扰动性能较差；模糊-PID复合控制器响应时间短,稳态偏差小,但确实会存在偏差,加入拉速变化扰动时,存在着一定程度的波动；预测-PID复合控制器的抗扰动性能效果良好,但响应时间长,在控制初期因初始模型和参数的变化,液位会有较为显著的波动；模糊-预测-PID复合控制器即将三种控制器相结合,既可以在未加扰动的情况下表现出良好的稳态性能和暂态性能,又具有相对较好的抗扰动性能。通过对四种控制方案的综合分析,确定了基于模糊-预测-PID复合控制的结晶器液位控制是一个控制性能较好的方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.1.1 课题的背景
• 1.1.2 课题研究的目标与意义
• 1.2 结晶器液位控制的国内外研究现状
• 1.2.1 结晶器液位传统控制方法
• 1.2.2 结晶器液位先进控制方法
• 1.2.3 结晶器液位的检测技术
• 1.2.4 结晶器液位控制中存在的问题
• 1.3 课题的研究内容
• 第2章 结晶器液位控制系统分析与建模
• 2.1 结晶器液位控制系统的组成及原理
• 2.2 被控对象模型的建立
• 2.2.1 伺服放大器
• 2.2.2 伺服阀
• 2.2.3 液压系统
• 2.2.4 滑动水口
• 2.2.5 结晶器液位检测
• 2.2.6 结晶器
• 2.2.7 中间包对结晶器液位的影响
• 2.3 本章小结
• 第3章 结晶器液位串级控制器的设计
• 3.1 系统的仿真结构
• 3.2 结晶器液位串级控制器的设计
• 3.2.1 水口流量非线性补偿控制器
• 3.2.2 中间包重量前馈补偿控制器
• 3.2.3 滑动水口位移控制器
• 3.2.4 结晶器液位模糊-预测复合控制器
• 3.3 本章小结
• 第4章 结晶器液位控制方案的仿真与分析
• 4.1 未加扰动控制方案的性能分析
• 4.1.1 双回路PID控制方案
• 4.1.2 模糊-PID复合控制方案
• 4.1.3 预测-PID复合控制方案
• 4.1.4 模糊-预测-PID复合控制方案
• 4.1.5 未加扰动性能分析
• 4.2 加入扰动控制方案的性能分析
• 4.2.1 加入噪声扰动
• 4.2.2 加入拉速变化扰动
• 4.2.3 加入中间包液位扰动
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 下一步工作展望
• 参考文献
• 致谢