模糊自整定PID控制在长钢单极电渣炉中的应用研究

摘要

随着市场对高品质精细钢材的需求不断增加，电渣重熔工艺更广泛应用在生产实践中，其技术得到更大的创新和发展,工艺也日渐成熟。电渣炉是冶金领域中广泛应用的一种精炼设备，电渣重熔(Electroslag Remelting以下简称ESR)产品以其纯度高、组织质密和均匀而成为各种高级钢和特殊钢的首选，在电渣炉熔炼过程中，重熔熔速的控制精度是决定ESR产品质量的关键因素之一。
　　 由于电渣炉是个多变量、非线性、强耦合、时变及随机干扰较强的系统，其数学模型难以确定。为了追求控制效果的完善，本论文主要针对单极电渣炉控制系统的设计，通过比较目前电渣炉系统常用的控制方式，选择了模糊PID控制方式，对控制系统中的关键控制器进行算法研究分析，采用模糊自整定控制器对PID的参数KP，KI和KD进行在线整定，以适应生产过程中出现的各种情况。理论分析与实际运行证明该控制方式效果良好。
　　 ①论文首先介绍项目的研究背景和电渣炉电控技术及其装备的发展概况。
　　 ②通过分析PID的原理和存在的问题，说明了引入新的控制方式的必要性。然后介绍了模糊控制及模糊PID控制的基本原理。
　　 ③结合电渣炉重熔的原理和特点，针对电渣炉电气系统的主要设备和控制目标，提出控制要求，选择控制方式。
　　 ④对所选择的电渣炉重熔熔速模糊PID控制器算法进行了理论推导，然后并对其控制系统进行软硬件组态设计。控制系统采用西门子公司的PLC S7-300作为控制系统的下位机，主要负责整个电渣重熔过程的自动控制，以及模糊PID控制器模块的运算，利用熔速的反馈信号控制电极的升降，在实现系统控制功能、满足生产要求的同时，降低一次性投入成本，性价比高。工控机作为控制系统的上位机人机接口，主要完成工艺配方、数据的管理。
　　 ⑤经现场的实际控制效果证明，该控制系统调节器由于采用模糊PID参数自整定控制策略，系统跟踪性能好，稳态精度高，超调量小。电渣炉熔炼过程控制平稳，工作可靠性高。
　　 ⑥最后还对进一步研究提出了建议和展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题提出的背景和意义

1.1.1项目建设背景

1.1.2项目建设必要性

1.2电渣炉的概况

1.2.1电渣炉的历史和发展

1.2.2我国的电渣冶金发展概况

1.2.3电渣炉电控技术及其装备的发展

1.3论文中主要研究的内容

2模糊PID控制的发展及原理

2.1 PID控制原理

2.2数字PID控制算法

2.3模糊控制的基本原理

2.3.1模糊控制的发展历程

2.3.2模糊控制的理论基础

2.3.3模糊控制系统的组成

2.3.4模糊控制系统的特点

2.3.5模糊自整定PID控制系统的组成及设计方法

2.4小结

3单极电渣炉系统简介

3.1电渣炉的冶炼原理及特点

3.2电渣炉冶炼工艺生产流程

3.3电渣炉的主要设备及控制要求

3.3.1电渣炉的主要设备

3.3.2控制功能的目标

3.4工艺控制思想的确认

3.5小结

4 3T电渣炉重熔熔速模糊PID控制器的设计

4.1电渣炉控制系统需求分析

4.2电渣炉重熔熔速控制策略

4.2.1电渣炉重熔熔速模糊PID控制的结构及工作原理

4.2.2模糊PID参数控制算法

4.3控制系统的硬件设计

4.3.1模块选型

4.3.2 PROFIBUS-DP

4.4软件设计

4.4.1各熔炼期控制

4.4.2监控与管理功能

4.5小结

5系统安装调试

5.1系统设备安装

5.2系统调试

5.2.1冷调试

5.2.2热调试

5.3小结

6总结与展望

致 谢

参考文献