模糊自组织控制在电渣炉实际应用中的开发

摘要

本课题针对原有电渣炉控制系统改造，结合电渣钢质量要求的提高，对于原有控制系统在实际应用中存在的问题，在工艺参数数据库专家系统的基础上，开发了一套以PID参数模糊自组织为基础的先进的计算机控制和管理系统。该控制系统改造后，优化了控制过程，结合工艺模型，保证了电渣重熔过程的稳定性，实现更好的经济技术指标。 本次控制系统的改造的主要目的不但在于控制系统换代，而且着眼于利用控制算法和替代算法来弥补单纯依赖硬件精度而难于在实际中推广的问题。与以往的电渣炉控制系统相比，本文的主要工作在于： 其一在于电渣重熔工艺参数系统的设计。基于我厂和研究部门多年电渣重熔工艺参数制定的经验公式和现场实际生产经验，根据电渣炉实际设备状况以及产品规格和质量要求，确定了产生合理的电渣重熔工艺参数的知识系统。 其二在于控制算法的改变。以往的电渣重熔控制系统多采用传统PID调节方式进行控制。传统的PID控制在调节大滞后、时变、非线性的对象时，控制性能往往不够理想。电渣炉是一个多变量、非线性、强耦合、时变及随机干扰较强的系统。采用传统的PID控制，动态调节时间长，超调量大，而且PID的参数难以在线整定，这会影响到熔铸过程的控制效果，并进而影响熔铸产品的冶金质量。模糊控制是一种近年来发展起来的新型控制，其优点是控制灵活而适应性强。对于电渣炉这样的具有较大的滞后性、非线形、时变性的控制对象，单纯采用PID控制和模糊控制都不会取得较好的控制效果。采用Fuzzy-PID参数自整定控制策略则不失为一种比较好的解决办法。它能发挥模糊控制鲁棒性强、动态响应好、上升时间快、超调小的特点，又具有PID控制器的动态跟踪品质和稳态精度。有鉴于此，本文设计了一种参数自组织模糊PID控制器，将其应用于电渣重熔过程中电流和电压参数的调节，在现场调试生产中获得了比较理想的控制效果。 其三在于借鉴我厂和东大的电渣重熔工艺控制模型的基础上设计了一套二级过程计算机控制系统取代了原老控制系统。上位机可对现场数据进行实时的采集、显示和存储，并且提供工艺参数的实时跟踪曲线图。下位机PLC主要负责整个电渣重熔过程的自动控制，以及模糊控制器模块的运算。利用回路中的电流、电压等的反馈信号控制电极的升降、变压器输出电压等功能，从而完成整个过程的自动化控制。 从现场的实际控制效果来看，该控制系统调节器由于采用了Fuzzy-PID参数自组织控制策略，系统跟踪性能好，稳态精度高。在稳定熔炼期的电流波动和电压波动程度均明显缩小，控制精度比照原PID系统提高2倍以上，其它指标均有不同程度的改善。熔炼过程控制平稳，工作可靠性高，抗干扰性强。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1电渣重熔技术的原理[1-3]

1.2电渣重熔技术的发展概况

1.2.1电渣重熔技术的起源和发展

1.2.2电渣重熔技术的发展状况

1.2.3电渣炉控制方式的发展

1.3模糊自组织控制概述

1.3.1模糊控制的产生

1.3.2模糊控制的特点

1.3.3模糊控制系统组成

1.3.4模糊控制发展的方向

1.3.5模糊控制的主要方式

1.4本论文主要目的意义和研究内容

第二章炉子工艺参数知识系统设计

2.1电渣重熔工艺参数概述

2.2电渣重熔条件参数的选择

2.2.1如何确定结晶器尺寸[12]

2.2.2如何确定电极尺寸[12]

2.3电渣重熔基本控制参数的选择

2.3.1如何确定渣量

2.3.2供电制度对冶金质量和效率的影响分析[16]

2.3.3如何确定重熔电流[12，16]

2.3.4如何确定重熔电压[12-14]

2.4电渣重熔的主要目标参数[15，16]

2.4.1金属熔池深度

2.4.2电极埋入深度

2.4.3熔化速度

2.5参数的对应归纳和知识系统的形成

第三章电渣炉模糊自组织PID控制器设计

3.1 PID控制方式概述

3.1.1经典PID控制原理简介[38-40]

3.1.2数字PID控制算法简介[14，42]

3.1.3PID控制的特点[23]

3.2模糊控制[23，43]

3.2.1模糊控制的基本思想[14，46]

3.2.2 Takagi-Sugeno模糊模型的提出

3.2.3模糊控制器设计方法[49]

3.2.4模糊控制器的工作原理

3.3电渣炉模糊自组织PID控制器设计

3.3.1模糊化设计

3.3.2模糊推理规则设计

3.3.3模糊推理算法

3.3.4输出信息的模糊判决

3.3.5模糊自组织控制查询表

第四章电渣炉自动控制系统

4.1电渣炉各项控制方式制订

4.1.1熔炼控制方式

4.1.2水温控制方式

4.1.3逻辑控制方式

4.2电渣炉自动控制系统

4.2.1电渣炉整体简介

4.2.2系统组成与功能

4.3工艺控制模型的制定

4.4电渣炉控制系统监控软件

4.5现场运行结果分析

第五章结论

参考文献

致谢