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基于模糊控制决策的连铸机结晶器液位控制的系统设计

基于模糊控制决策的连铸机结晶器液位控制的系统设计 2011年12月09日 来源： 【论文摘要】通过对连铸机结晶器液位控制系统的分析，介绍了模糊控制技术在结晶器液位控制中的应用，给出了模糊控制规则。实际应用表明该系统具有稳定性好、控制精度高、偏差小等特点。

[中图分类号]TP273．4 [文献标识码]A [文章编号)1000-0682(2004)01-0023-03

连铸机已广泛应用于钢铁冶金行业，我国的连铸比已超过90％，在研究连铸技术领域中，控制技术在连铸机中的应用研究最为活跃。而结晶器是连铸机上的一个关键设备，其液位控制精度对提高钢产量、降低钢坯生产事故率有着重要的意义。笔者利用模糊控制策略对结晶器液位进行控制，并将设计的模糊控制器应用于实际控制对象。

1 传统的结晶器液位控制系统

1．1 概述

传统的结晶器液位控制采用的Co-60控制系统[1]，是采用控制拉矫机的拉速来控制结晶器的液位，但这种控制系统液位控制精度较低。后来采用塞棒控制结晶器的液位，这种方法是人工操作，响应速度慢，系统稳定性差。传统的结晶器液位控制系统如图1—1所示。

1．2 塞棒控制结晶器液位

由于塞棒动作的响应时间长，对液位控制非线性度大，甚至还可能出现无规律现象，从而导致对液位控制的不稳定性，而且控制精度低。主要有以下几个因素：

(1)塞棒控制的性状有影响。例如，含铝量较高的钢流浇注时，水口部分容易粘结，从而对钢流的流动起阻塞作用。E和EC模糊离散化表

(2)在浇注过程中，塞棒及水口被逐渐熔融、冲刷、侵蚀而改变钢流通道的尺寸和形状，这些都将改变钢流。

(3)由于过程参数的改变，诸如钢液温度、中间罐钢液量，都将对结晶器液位控制产生影响。

1．3 拉速控制结晶器液位

用改变拉速来控制液位，其控制特性曲线是线性的，因此，从理论上说其控制精度是很高的。但拉速是连铸过程中的重要参数，它取决于下列因素：

(1)铸坯的质量，拉速应按凝固理论的要求来设计；不同的钢种、断面尺寸、钢液过热度，就决定了相应的冷却度和拉速。因此，在保证铸坯质量的前提下，拉速应有上限值。 ·

(2)为提高铸坯生产效率，拉速应有下限值。

为满足上述两个基本要求，拉速应限制在一定范围内。但另一方面，为满足结晶器液位控制的精度要求，拉速应动态地跟踪液位进行调节。因此，应把拉速的调节范围限制在一个较小的动态范围内。

1．4 塞棒控制和拉速控制结晶器液位的比较

当浇注普通炭钢或对质量要求不高的钢种时，两种控制手段[2]均可采用，且应优先使用控制拉速的办法，因为拉速控制液位是近似线性的。当浇注特殊钢种，应综合采用两种控制方法，因为此时连铸工艺要求液位稳定，也同时要求拉速稳定，但只要当连铸工艺过程状态没有突变或没有很大的扰动时，还是应该采用控制拉速的方法，即使出现较大的扰动，也可在拉速控制回路采用前馈调节来消除扰动。因此，对结晶器液位的控制主要应采用拉速来控制。

2 模糊控制器设计

2．1 控制系统结构分析

图2--1是以拉速控制液位的系统原理图，将液位传感器检测的液位信号与给定的液位信号比较，计算出液位偏差及偏差变化率，并进行模糊化、模糊推理和决策，经过调节因子计算后，送给实际的拉速液位PI控制器进行运算，其输出控制拉矫机的拉速，从而控制结晶器的液位。模糊控制系统框图如图2—2所示。

2．2 精确量的模糊化

模糊控制器选用二维输入和一维输出，输入变量为结晶器液位误差正和液位误差变化率EC，输出量Z改变拉速PI控制器的P、I参数。其对应的语言值模糊子集选取为：{H，M，Z，S，L}其中H=负大；M=负小；Z=零；S=正小；L=正大。并确定偏差月和偏差变化率EC的整数论域为：E：Xe={-2，-1，0，1，2}，EC：Xec={-2，-1，0，1，2}；输出量Z的整数论域为：Z：{-2，-1，0，1，2}；P--比例控制，I--积分控制。

为了得到平稳地跟踪误差信号，g和EC的隶属函数选用等距离交叉分配的三角形曲线。如图2—3所示。模糊控制器的输入Z和JC用上述隶属函数模糊离散化后如表2—1，输出Z的模糊化表具有相同的形式

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