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《基于模糊自適應(yīng)PID的先進(jìn)二次冷卻連鑄控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真測試.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、基于模糊自適應(yīng)PID的先進(jìn)二次冷卻連鑄控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真測試XXXXXX摘要:為改善鑄坯質(zhì)量,提高二次冷卻水量的跟蹤性和穩(wěn)定性,將中包溫度引入二次冷卻配水,設(shè)計(jì)出基于配水模型、中包溫度、鑄坯表面溫度及模糊自適應(yīng)PID的連鑄二次冷卻控制系統(tǒng),并在實(shí)驗(yàn)室搭建連鑄二次冷卻區(qū)噴淋仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。在此基礎(chǔ)上,分別對(duì)常規(guī)PID、積分分離PID和模糊自適應(yīng)PID進(jìn)行階躍信號(hào)測試和模擬澆注測試。仿真結(jié)果表明,模糊自適應(yīng)PID控制方式在兩種測試中的特性要優(yōu)于其他兩種控制方式,這一結(jié)果為下一步應(yīng)用研究打下了良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞:模糊自適應(yīng)PID；連鑄；二次冷卻；過熱
2、；連鑄二次冷卻水直接影響鑄坯的質(zhì)量,它對(duì)鑄坯的內(nèi)部裂紋、表面裂紋、鼓肚和菱變等缺陷起到?jīng)Q定或者加劇的作用。先進(jìn)的連鑄二次冷卻系統(tǒng)的目標(biāo)水量由模型計(jì)算得出,而能否將實(shí)際水量控制得與目標(biāo)水量一致,并且在目標(biāo)水量變化時(shí)實(shí)際水量能否及時(shí)跟上是考察二次冷卻水控制系統(tǒng)性能的一個(gè)主要指標(biāo)[1-2]。連鑄開澆時(shí)的拉速變化是連鑄生產(chǎn)過程中拉速變化最劇烈的一段,一般鑄機(jī)在開澆的半分鐘內(nèi)拉速可以從0急劇增加到1~1.5m/min。拉速的劇烈變化勢必帶來目標(biāo)水量的劇烈變化,這向連鑄二次冷卻控制系統(tǒng)的穩(wěn)定調(diào)節(jié)功能提出了挑戰(zhàn)。本文介紹基于模糊自適應(yīng)理論設(shè)計(jì)的PID控制器,
3、并依據(jù)連鑄現(xiàn)場搭建起實(shí)驗(yàn)室連鑄二次冷卻噴嘴測試系統(tǒng),對(duì)常規(guī)PID控制器、積分分離PID控制器和模糊自適應(yīng)PID控制器在階躍信號(hào)下的響應(yīng)性能和某鋼廠某一鋼種開澆過程仿真澆注的響應(yīng)性能進(jìn)行測試和分析。1．先進(jìn)連鑄二次冷卻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介由于國內(nèi)的連鑄二次冷卻生產(chǎn)現(xiàn)場多數(shù)沒有在線動(dòng)態(tài)模型計(jì)算系統(tǒng),配水模型在離線計(jì)算并修正完畢后在線不再變化,這樣就不能保證在澆注條件變化劇烈時(shí)矯直點(diǎn)處鑄坯表面溫度能夠避開塑性口袋區(qū)及保持其相對(duì)的穩(wěn)定性,為此提出基于中包溫度、二次冷卻出口鑄坯表面溫度及模糊自適應(yīng)PID的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。將中包溫度引入二次冷卻配水控制系統(tǒng),通過
4、二次冷卻模型計(jì)算出為消除中包溫度變化引起的鑄坯溫度變化所需的補(bǔ)償水量,并進(jìn)行分段線性回歸;針對(duì)鑄坯表面溫度不穩(wěn)定的情況,通過計(jì)算得到表面溫差與末段水量的關(guān)系,回歸后生成相關(guān)系數(shù),參與配水控制系統(tǒng);針對(duì)拉速變化劇烈的情況,引入模糊自適應(yīng)PID來控制流量調(diào)節(jié)。最終得到的連鑄二次冷卻控制系統(tǒng)如圖1所示。圖1連鑄二次冷卻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖圖1顯示了二次冷卻控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖。該有關(guān)水的分布方程給出：其中，Qi為總水流量;列直插式外殼是基本的水流動(dòng)；Qi2是賠償過熱水流變化，v是鑄造速度;△T是過熱；Tc是澆注溫度;T1是液體的溫度，i是在二次冷卻段區(qū)的數(shù)
5、量；ai，bi，ci，di和ei，是，通過模型計(jì)算得到的系數(shù)。2．模糊自適應(yīng)PID控制器的設(shè)計(jì)模糊自適應(yīng)PID控制器是人們運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的基本理論和方法,把規(guī)則的條件和操作用模糊集表示,并把這些模糊控制規(guī)則以及相關(guān)信息(如評(píng)價(jià)指標(biāo)、初始PID參數(shù)等)作為知識(shí)存入計(jì)算機(jī)知識(shí)庫中,然后計(jì)算機(jī)根據(jù)控制系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)情況(即專家系統(tǒng)的輸入條件),運(yùn)用模糊推理,即可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)PID參數(shù)的最佳調(diào)整[4-6]。2.1PID控制器參數(shù)的模糊調(diào)整原理PID參數(shù)的模糊自動(dòng)調(diào)整思想是依據(jù)被控對(duì)象的響應(yīng)在采樣時(shí)刻的誤差E和誤差的變化率EC兩個(gè)因素來確定參數(shù)調(diào)整的極性和大
6、小的。本質(zhì)上同時(shí)兼顧了被控對(duì)象響應(yīng)的“靜態(tài)性能”(是高于還是低于給定值)和響應(yīng)的“動(dòng)態(tài)性能”(是靠攏還是偏離給定值)兩個(gè)因素,既看現(xiàn)狀,也看動(dòng)向。其算法過程是利用對(duì)應(yīng)的規(guī)則集將控制指標(biāo)(即條件)模糊化,然后將它與知識(shí)庫中的模糊規(guī)則進(jìn)行匹配(即判斷控制指標(biāo)與規(guī)則集的條件部分是否相同),如有規(guī)則被匹配,則執(zhí)行該規(guī)則的結(jié)構(gòu)部分,就可以得到相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整量。因此有實(shí)際控制系統(tǒng)的響應(yīng)值(精確值)到模糊規(guī)則集的條件(模糊量)的轉(zhuǎn)化過程(即模糊化)和規(guī)則的操作值(模糊量)到實(shí)際的調(diào)整參數(shù)(精確值)的轉(zhuǎn)化(判決)過程[7-9]。PID參數(shù)模糊自整定如圖2所示,
7、其中E和EC分別為被控對(duì)象的響應(yīng)在采樣時(shí)刻的誤差和誤差的變化率。圖2PID參數(shù)模糊自整定圖2.2PID參數(shù)專家知識(shí)的調(diào)整模型模糊控制器設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)建立合適的被控過程的模糊規(guī)則模型。KP,KI和KD是構(gòu)成PID的基礎(chǔ)參數(shù),對(duì)PID性能產(chǎn)生不同的影響。比例系數(shù)KP的作用是加速系統(tǒng)的響應(yīng)速度,提高系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度;積分KI的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差;微分KD的作用是改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能[10]。考慮到PID參數(shù)的模糊調(diào)整問題,通過總結(jié)一些連鑄二次冷卻生產(chǎn)過程的工藝特點(diǎn)和操作經(jīng)驗(yàn),并根據(jù)對(duì)PID調(diào)節(jié)器各調(diào)節(jié)規(guī)律的理論分析[10],構(gòu)成P
8、ID三個(gè)參數(shù)的模糊規(guī)則集模型如表1到表3所示。表1ΔKP調(diào)整Fuzzy規(guī)則集模型表2ΔKI調(diào)整Fuzzy規(guī)則集模型表3ΔKD調(diào)整Fuzzy規(guī)則集模型2
