基于模糊控制的热轧带钢层流冷却控制系统开发

摘要

热轧带钢卷取温度直接影响成品带钢的组织性能，而卷取温度精度主要取决于对层流冷却区的控制。本文针对层流冷却基础自动化系统，以现场实用为目标，进行带钢卷取温度的优化控制。主要研究工作和取得的成果如下：首先分析了国内外控制冷却技术和设备的进展，说明选择层流冷却控制系统的合理性。针对层流冷却自动控制系统所需执行的数据采集处理控制、带钢微跟踪控制、阀门开/关控制、精冷段的反馈前馈控制、模拟冷却控制以及以太网通讯功能，设计出整套控制系统。 在层流冷却自动控制系统中，由于精轧机组末机架抛钢后带钢尾部速度的变化给卷取温度控制带来困难，设计了精轧机抛钢后带钢速度的动态前馈控制策略，对带钢尾部温度进行补偿。 在卷取温度的反馈控制中，针对反馈控制系统的滞后性和被控对象数学模型的不精确性，应用模糊逻辑、纯滞后补偿等理论，设计了带Smith预估器的模糊反馈控制系统，并用MATLAB的Simulink仿真工具对该系统进行了仿真研究。结果表明模糊Smith系统的控制性能明显优于常规Smith系统。 用SIEMENS组态软件WinCC开发层流冷却区人机界面，完成其与PLC系统的通讯，实现层流冷却区所有功能的监视与控制。并通过访问WinCC数据库得到现场运行记录曲线的实际数据。 这套控制系统已在某750mm热轧带钢厂得到成功应用。通过实际控制系统的记录曲线可以表明：动态前馈控制策略使带钢尾部温度得到了很好的控制；带Smith预估器的模糊反馈控制具有良好的动态性能且能有效消除常规Smith控制方法中纯滞后环节所带来的问题，使带钢卷取温度精度控制在±10℃之内。由于该系统不仅能实现自动控制系统的各项控制功能、完全满足生产需要，且在卷取温度控制方面有着良好的品质，可以广泛应用于热连轧厂的冷却系统中。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1课题背景

1.2国内外发展概况

1.2.1控制冷却方式和设备概述

1.2.2层流冷却自动控制系统概述

1.3模糊智能技术概述

1.3.1模糊控制的提出

1.3.2模糊控制的特点

1.3.3模糊技术在层流冷却控制中应用的必要性

1.4本文的研究目的和内容

第二章层流冷却区控制系统

2.1层流冷却系统硬件配置

2.2层流冷却设备技术参数

2.3软件控制功能及实现

2.3.1层流冷却区控制功能

2.3.2控制功能的软件实现

2.4人机界面

2.4.1监控软件介绍

2.4.2监控系统功能

2.5本章小结

第三章卷取温度的模糊控制

3.1引言

3.2卷取温度模糊控制器

3.2.1模糊控制器概述

3.2.2卷取温度模糊控制器的离线部分设计

3.2.3卷取温度模糊控制器的在线部分计算

3.3纯滞后补偿策略

3.3.1纯滞后补偿原理

3.3.2纯滞后补偿器的计算机实现

3.4本章小结

第四章控制系统的仿真

4.1仿真系统的设计

4.1.1仿真环境

4.1.2仿真系统的设计

4.2系统的仿真研究

4.2.1 Smith模型参数与被控对象一致时的仿真研究

4.2.2 Smith模型中对象增益改变时的仿真研究

4.2.3 Smith模型中惯性时间常数改变时的仿真研究

4.2.4 Smith模型中纯滞后时间改变时的仿真研究

4.3本章小结

第五章实际应用及效果分析

5.1应用背景

5.2抛钢后带钢速度动态前馈控制

5.3卷取温度的反馈控制

5.4本章小结

第六章结论

参考文献

致谢