一种基于非线性PID控制的结晶器液位控制系统研究

摘要

连铸过程实现液面控制是提高铸坯质量和提高铸机效率的重要手段,本文通过对液位控制系统的研究总结出一种新型的控制方法,实现液位的平稳控制,着重对连铸结晶器液位控制进行了研究与开发。
　　 结晶器钢水液位控制是连铸过程的关键环节。结晶器液位控制的作用主要表现为:使结晶器内钢水液位保持稳定,有效地发挥一次冷却的作用,增加连铸机的产量,改善铸坯表面质量,减轻操作者的劳动强度,减少生产事故。在结晶器液位控制过程中,由于控制模型的不确定性和时变性,诸如:塞棒的侵蚀、拉速变化、结晶器振动等干扰因素,以及结晶器所处工作环境的恶劣,给控制过程带来许多困难,采用传统的PID控制技术很难解决上述问题。
　　 本文在分析结晶器液位特点的基础上,以结晶器液位控制系统为对象,建立了结晶器液位控制系统的模型。研究并开发出一种带有死区环节和饱和环节相结合的非线性PID控制器,并引用积分分离法加以修正,再应用Matlab的Simulink模块对控制系统进行了仿真。结果表明:本文设计的结晶器液位控制系统具有超调量小,过渡时间短,稳态误差小等特点,从而可以更好地适应连铸液位控制系统中的非线性和时变性的特点。同时也为提高结晶器的在线控制质量水平提供了一种新的思路。
　　 最后,本文对结晶器液位控制系统的监控软件进行了设计。本监控软件利用面向对象的方法进行分析和设计,包括用户登录系统、界面显示、界面切换等模块,实现了液位曲线实时显示、历史数据显示、报警显示、打印报表等主要功能,从而达到系统监控的目的。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 连铸的发展状况

1.1.1 连续铸钢简介

1.1.2 连铸技术的发展目标及趋势

1.1.3 我国连铸技术的发展

1.2 连铸自动化控制技术的发展状况

1.2.1 连铸自动化的发展

1.2.2 连铸自动化的设计思想和原则

1.2.3 连铸自动化的分级

1.3 结晶器液位控制的作用及发展现状

1.3.1 结晶器的用途和分类

1.3.2 结晶器液位控制方法

1.3.3 结晶器液位控制的意义

1.3.4 结晶器液位控制技术的发展及要解决的难题

1.4 本文研究目的及内容

第二章 结晶器液位控制方法

2.1 结晶器液位控制方法的选择

2.2 结晶器液位检测方法的研究与分析

2.3 结晶器液位控制所面临的困难

第三章 结晶器液位控制系统的建模

3.1 结晶器液位控制系统的组成

3.2 控制系统建模与分析

3.2.1 交流伺服电动缸模型

3.2.2 塞棒流量特性模型

3.2.3 拉速特性模型

3.2.4 结晶器模型

3.2.5 结晶器液位检测器模型

第四章 非线性PID液位控制系统的设计

4.1 常规PID控制器的设计

4.2 非线性PID控制系统设计

4.2.1 液位的非线性控制的简介

4.2.2 带饱和环节的非线性PID控制

4.2.3 带死区环节的非线性PID控制

4.2.4 引用积分分离法的非线性PID控制

4.2.5 事故报警处理

4.2.6 控制算法的设定

4.3 系统的仿真设计及分析

4.3.1 常规PID控制仿真分析

4.3.2 非线性PID控制仿真分析

第五章 结晶器液位控制系统的软件设计

5.1 组态软件简介

5.2 监控系统软件的设计

5.2.1 系统登陆界面的设计

5.2.2 系统主界面的设计

5.2.3 其他子界面的设计

5.3 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

文中包含图、公式及文献