基于模糊PID的连铸机结晶器液位控制系统

摘要

本文以某连铸结晶器液位控制系统为研究对象，分析了连铸工艺流程、结晶器液位控制原理、连铸工艺对结晶器液位控制系统的要求。基于西门子PLC S7设计平台，对结晶器液位控制系统从硬件框架和软件功能进行了设计。 结晶器液位控制精度是连铸生产的一个重要工艺指标，直接影响最终产品的质量。整个结晶器液位控制系统的被控对象由液压伺服系统、水口执行机构两部分组成，机理复杂难于建模。系统中存在塞棒粘结、结晶器液位无阻尼振动、拉速、鼓肚效应等各种干扰，对结晶器液位产生错综复杂的影响。 由于上述原因传统PID控制方法不能很好保证结晶器液位的稳定。模糊控制因不需要对被控对象精确建立数学模型，本文在传统PID控制方法基础上，尝试引入了模糊控制方法。将模糊控制和PID控制两种控制算法结合起来，设计了基于模糊推理的PID参数自整定的结晶器液位控制器。同时对结晶器液位检测进行了改进，引入数字滤波器，有效的消除了高频信号干扰，提高了检测精度。进一步实现了模糊PID参数自整定的结晶器液位控制系统的硬件选型、搭建以及软件编程。 现场实验线上运行调试结论表明，采用自适应模糊PID控制具有非常好的适应性。当结晶器液位出现不确定的干扰因素时，有效地降低了上述干扰对结晶器液位的影响，取得了良好的效果，能够满足现实中复杂多变的生产环境对结晶器液位控制的工艺要求。

目录

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摘要

第1章绪论

1．1课题研究的背景和意义

1．2国内外连铸现状

1．3结晶器液位控制技术概况

1．3．1传统控制技术

1．3．2先进控制技术

1．3．3检测技术

1．4本文的主要工作

第2章连铸结晶工艺

2．1连铸工艺流程

2．2液位控制方式

2．3执行机构

2．4液位检测装置

2．5液位控制原理

第3章结晶器液位控制器设计

3．1 PID控制器设计

3．2基于模糊推理的参数调整

3．2量化因子选取

3．3模糊规则确定

3．4模糊推理算法

3．5模糊判决算法

第4章结晶器液位控制硬件系统

4．1连铸自动化系统

4．2 Cs-137液位检测子系统

4．3结晶器液位PLC控制硬件系统

4．3．1上位机系统配置及功能

4．3．2 PLC原理及系统选型

4．4执行子系统

第5章结晶器液位控制软件设计与实现

5．1 STEP7软件介绍

5．2液位滤波器

5．3 PID控制程序设计

5．4模糊控制程序设计

5．5 PID参数的自校正

5．6变频器控制软件设计

5．7 HMI监控画面设计

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢