模糊控制在钢水测温取样枪控制系统中的应用

摘要

钢水测温取样枪控制系统是精炼炉系统的一个子系统，主要功能对钢水成分和温度进行测量和取样。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N等元素在钢中的含量，提高钢的纯净度。 控制测温取样枪运行的核心是控制其电动机的速度。PID控制是电动机速度控制中应用最广泛的一种控制形式，PID控制器结构简单、稳定性好、可靠性高，常用于一些线性定常系统的控制，但对于很多非线性系统，却难以取得理想的控制效果。 基于知识且不依赖于模型的智能控制为解决这类问题提供了新的思路，成为目前提高工业控制质量的重要途经。模糊控制是智能控制研究中最为活跃而富有成果的领域，其中模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色，并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一，这是因为PID类型的控制技术在工业过程控制中仍占有主导地位，如果能发现性能优于PID的控制器，且具有类似PID易于使用的特点，无论在理论还是实践上都将具有重要的意义。 本文在控制算法上，研究了PID控制技术和模糊控制技术的理论和方法，分析了数字PID控制系统和模糊控制系统在电动机速度控制方面的优缺点，并针对钢水测温取样枪的工作性能和系统中电动机速度的特点，设计了模糊PID控制器，使之既具有模糊控制快速、灵活、适应性强的特点，又具有PID控制精度高的特点。 本文在控制算法的应用研究中，阐述了模糊PID控制器在西门子S7-400PLC中实现的方法，介绍了在其编程软件STEP7中编制程序实现模糊控制功能的步骤和在西门子监控软件WinCC中实现其监控的方法。 对于钢水测温取样枪控制系统这一类非线性、时变性、滞后性、低稳定性等特性复杂的系统，由快速性和稳定性较好的模糊PID控制器控制，既可以克服其非线性、时变性、滞后性的缺点，又可以保证系统好的静态特性，达到较好的控制效果。采用模糊PID控制方法能明显的消除积分饱和，很大程度上减小超调量，提高系统的控制品质，有效的协调快速性与超调量之间的矛盾，使系统适应能力有所提高，参数间影响减小，并且参数相对容易整定，使系统具有较强的鲁棒性、稳定性、快速性、灵敏性等优点，提高了控制系统的抗干扰能力。

目录

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第一章 引言

1.1课题提出的背景

1.2课题提出的意义

1.3国内外相关研究动态及发展趋势

1.4本文的主要工作

第二章控制算法的理论基础

2.1常规PID控制原理

2.1.1 PID控制概述

2.1.2 PID参数整定方法

2.2模糊控制的原理

2.2.1模糊控制的基本思想

2.2.2模糊控制器的工作原理

2.2.3模糊控制器的设计

2.2.4模糊控制的特点

2.3模糊PID控制原理

2.3.1模糊PID控制器的发展

2.3.2模糊PID控制器的结构

2.3.3 PID参数模糊自整定原理

2.4模糊PID控制器设计

2.4.1输入和输出量模糊化过程

2.4.2模糊控制规则的建立

2.4.3输出量精确化过程

2.4.4系统仿真

第三章测温取样枪控制系统工艺描述及硬件设计

3.1 LF精炼炉简介

3.2测温取样枪控制系统工艺简介

3.3控制系统的整体设计

3.4 SIMATIC S7-400PLC简介

3.4.1 PLC的产生和发展概述

3.4.2 S7-400PLC简介

3.4.3西门子S7系列PLC编程软件STEP7

3.5 西门子监控组态软件WinCC简介

3.6 6SE7016矢量控制变频器简介

3.7.PROFIBUS现场总线通讯技术

3.8工业以太网通讯技术

第四章模糊PID控制器在钢水测温取样枪系统中的应用

4.1 PID回路程序设计

4.1.1 PLC中PID指令及回路表介绍

4.1.2参数可调整PID主程序设计

4.2钢水测温取样枪系统模糊控制实现的程序设计

4.2.1模糊量化程序设计

4.2.2模糊控制表查询的程序设计

4.2.3模糊控制器输出去模糊化程序设计

4.3测温取样枪控制系统WinCC组态监控

4.3.1模糊控制系统监控方案

4.3.2 STEP7硬件通讯组态

4.3.3 WinCC通讯参数设置

4.3.4通讯变量组态

4.3.5系统监控界面的组态

第五章 结论

致谢

参考文献

个人简历