连续退火炉温度控制系统的研究

论文摘要

连续退火炉作为轧钢企业的连续退火生产线上的主要设备之一,其温度的稳定性直接影响冷轧带钢的质量、产量和成本。连续退火炉温度控制系统的研究在提高生产率、改善产品质量和节约能源上起到举足轻重的作用。在连续退火炉的温度控制系统中,被控对象具有纯滞后、大惯性、非线性等特点,采用常规PID控制策略难以达到满意的控制效果。因此,研究一种新的控制策略对现有的系统进行改善,不仅具有一定的理论意义,而且具有实际价值。本文以本钢连续退火炉为研究对象,研究了连续退火炉的炉温控制问题。本文重点研究了连续退火炉温度控制系统,对系统中包含的炉温控制回路、煤气流量控制回路和空气流量控制回路进行了详细地分析,并建立了温度系统的控制模型,并对现场的控制策略即双交叉限幅控制进行深入地研究。最后通过现场的界面截图,对本钢的实际运行效果进行了分析,其结论是常规PID控制下的温度控制系统运行效果良好,但是在加热段表现出大滞后,炉温波动比较大。为了解决系统纯滞后问题,本文引进了Smith预估器。随后对Smith预估器基本原理进行了详细地分析,并建立了基于Smith预估器温度控制系统的控制模型。利用MATLAB分别对常规PID和Smith的温度控制系统进行仿真,对其结果进行比较分析。基于Smith预估器解决了由于系统纯滞后而引起的超调问题,但是调节时间还是仍旧未能改善,因此,有必要研究一种新的控制策略。本文在Smith预估器的基础上利用BP神经网络对常规PID参数进行优化。建立了模型,并利用MATLAB对控制模型进行了仿真,仿真结果与常规PID控制、基于Smith预估器的温度控制系统进行比较,结果表明基于BP优化后的系统不仅消除了由于纯滞后而引起的超调,并且提高了系统的响应速度,缩短了调节时间。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及实际意义
• 1.2 连续退火技术的国内外发展概况
• 1.3 退火炉控制的国内外发展动态
• 1.4 连续退火炉温度控制存在的问题
• 1.5 论文主要完成的任务
• 第2章 连续退火炉温度控制系统的研究
• 2.1 连续退火生产线和连续退火炉
• 2.1.1 连续退火生产线总体概述
• 2.1.2 连续退火炉
• 2.2 连续退火炉温度控制系统
• 2.2.1 连续退火炉炉温控制系统的介绍
• 2.2.2 连续退火炉温度控制系统的模型分析
• 2.2.3 煤气流量控制回路和空气流量控制回路的模型分析
• 2.3 双交叉限幅控制策略的分析
• 2.3.1 燃烧中有关参数的相关概念
• 2.3.2 双交叉限幅控制回路的原理
• 2.3.3 双交叉限幅控制系统的介绍
• 2.3.4 双交叉限幅系统原理的分析
• 2.3.5 双交叉限幅控制原理的作用总结
• 2.4 双交叉限幅控制回路的控制效果的分析
• 2.5 本章总结
• 第3章 Smith预估器在连续退火炉温度控制系统中的应用
• 3.1 PID及整定
• 3.1.1 常规PID
• 3.1.2 离散PID及整定
• 3.2 寻求空燃比最优值
• 3.3 常规PID温度控制系统模型的建立与仿真
• 3.3.1 燃气回路和空气回路仿真模型图的建立与仿真
• 3.3.2 温度控制仿真模型的建立与仿真
• 3.4 基于Smith预估器温度控制系统模型建立与仿真
• 3.4.1 Smith预估器控制方法的研究
• 3.4.2 Smith预估器控制算法
• 3.4.3 改进的Smith预估控制算法
• 3.4.4 Smith预估器模型建立与MATLAB仿真
• 3.5 本章总结
• 第4章 基于BP神经网络优化的温度控制系统的设计与仿真
• 4.1 人工神经网络发展介绍
• 4.2 BP神经网络的介绍
• 4.2.1 BP算法的原理
• 4.2.2 BP神经网络的前馈计算
• 4.2.3 BP神经网络权系数的调整规则
• 4.2.4 权系数的调整方法
• 4.2.5 BP神经网络学习算法的计算步骤
• 4.3 BP神经网络优化温度控制系统模型建立与仿真
• 4.3.1 基于BP优化的PID控制
• 4.3.2 基于BP优化后的带有Smith预估器的温度控制系统
• 4.3.3 温度控制系统的仿真及分析
• 4.4 本章总结
• 第5章 结论和展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢