專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于連鑄生產(chǎn)
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法。
背景技術(shù)：
：隨著鋼鐵行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，市場(chǎng)對(duì)鋼材產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高，連鑄作為鋼鐵生產(chǎn)流程中承上啟下的重要環(huán)節(jié)，直接影響鋼材產(chǎn)品質(zhì)量。連鑄結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位的變化對(duì)鑄坯質(zhì)量有重要影響，穩(wěn)定結(jié)晶器液位對(duì)提高鑄坯質(zhì)量和改善澆鑄效果意義重大。連鑄過(guò)程中，結(jié)晶器液位高度應(yīng)保持在合適范圍，若鋼水液位升高，相當(dāng)于提高了澆鑄水口浸入深度，使結(jié)晶器傳熱負(fù)荷增大，影響鑄坯凝固進(jìn)程，液位提高還使鋼水靜壓力變大，增加了對(duì)鑄坯內(nèi)液芯的壓力，易引起鼓肚現(xiàn)象，影響鑄坯質(zhì)量，液位過(guò)高甚至?xí)鹨玟撌鹿?。若鋼水液位下降，相?dāng)于水口浸入深度降低，易造成巻渣，也不利于鋼水中夾雜物上浮，無(wú)法保證鋼水的潔凈，過(guò)低的液位還易導(dǎo)致漏鋼事故。穩(wěn)定結(jié)晶器液位對(duì)減少鑄坯夾渣和夾雜、改善結(jié)晶器潤(rùn)滑條件、維持穩(wěn)定的鋼水凝固條件、改善鑄坯質(zhì)量、降低漏鋼率和溢流危險(xiǎn)及提高連鑄機(jī)作業(yè)率等均有重要作用。連鑄過(guò)程中結(jié)晶器內(nèi)各種行為互相交織，相互影響，一系列無(wú)法測(cè)量的擾動(dòng)因素的存在也為結(jié)晶器液位的控制帶來(lái)了諸多困難，這些因素主要為(1)拉速的波動(dòng)；(2)中間包出口內(nèi)鋼水不規(guī)則流動(dòng)；(3)結(jié)晶器內(nèi)鋼水紊流；(4)結(jié)晶器內(nèi)熔池?cái)_動(dòng)；(5)鋼種；(6)結(jié)晶器振動(dòng)等。目前基于對(duì)上述因素的分析，并結(jié)合相應(yīng)的方法和裝置，已有相關(guān)技術(shù)被開(kāi)發(fā)并用于結(jié)晶器液位的控制，如發(fā)明專(zhuān)利"結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置"(申請(qǐng)?zhí)?2266583.8)即在結(jié)晶器周?chē)仓靡唤M線圈，通過(guò)連接該線圈與交流電源，設(shè)計(jì)出一種可達(dá)到較高檢測(cè)精度的結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，發(fā)明專(zhuān)利"測(cè)量金屬液位用超聲波線陣探頭"(申請(qǐng)?zhí)?2216303.0)和發(fā)明專(zhuān)利"嵌入式結(jié)晶器液位檢測(cè)系統(tǒng)"(申請(qǐng)?zhí)?00620096044.X)也均提出了相應(yīng)的結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置，上述相關(guān)專(zhuān)利主要解決了結(jié)晶器液位檢測(cè)裝置及檢測(cè)精度的問(wèn)題，缺乏對(duì)結(jié)晶器液位控制方法的研究和開(kāi)發(fā)。本發(fā)明目的在于開(kāi)發(fā)新的結(jié)晶器液位控制方法，解決傳統(tǒng)控制方法無(wú)法滿足系統(tǒng)響應(yīng)特性和控制參數(shù)難以精確調(diào)節(jié)等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器液位的穩(wěn)定控制。通常結(jié)晶器液位控制采用的主要方法為PID控制和模糊控制，具體包括模糊控制器直接控制、改進(jìn)PID控制及PID控制器與模糊控制器相互切換控制等方法。模糊控制器直接控制解決了系統(tǒng)暫態(tài)特性不好的問(wèn)題，但模糊控制器難以保證系統(tǒng)同時(shí)具有良好的穩(wěn)態(tài)特性，此方法很難應(yīng)用于實(shí)踐。改進(jìn)的PID控制方法，特別是調(diào)整PID參數(shù)法能夠解決系統(tǒng)非穩(wěn)態(tài)和模型不確定等問(wèn)題，但在非穩(wěn)態(tài)澆鑄時(shí)，系統(tǒng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時(shí)間難于精確控制。PID控制器與模糊控制器相互切換的控制方法在理論上綜合利用了PID控制器良好的穩(wěn)態(tài)性能和模糊控制較好的暫態(tài)性能，但實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中系統(tǒng)的不確定性使得PID控制器很難適應(yīng)，且PID控制和模糊控制切換過(guò)程中帶來(lái)的擾動(dòng)沖擊也相應(yīng)增大了系統(tǒng)的干擾，容易引起超調(diào)現(xiàn)象頻繁發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)澆鑄過(guò)程中較大鋼水液位波動(dòng)幅度對(duì)澆鑄帶來(lái)的不利，本發(fā)明提供一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，即基于自調(diào)整參數(shù)PID控制與模糊(Fuzzy)控制并行控制的連鑄結(jié)晶器液位控制方法。本發(fā)明的連鑄結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)、PLC、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器、塞棒控制器、信號(hào)處理裝置和電機(jī)，PLC通過(guò)液位測(cè)量裝置與液位傳感器相連，PLC通過(guò)塞棒控制器與電機(jī)傳動(dòng)位置傳感器相連；塞棒通過(guò)連機(jī)結(jié)構(gòu)與伺服電機(jī)相連。本發(fā)明的PLC包括PID控制、模糊控制和死區(qū)補(bǔ)償，采用自整定參數(shù)PID控制與模糊控制并行控制液位，采用PID參數(shù)調(diào)節(jié)器補(bǔ)償由機(jī)械傳動(dòng)引起的不靈敏造成的機(jī)械死區(qū)。本發(fā)明的自整定參數(shù)PID控制以常規(guī)PID算法為基礎(chǔ)，以液位偏差和液位偏差變化率作為輸入，采用模糊推理方法對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線自整定。自整定參數(shù)PID控制主要用于補(bǔ)償因水口結(jié)瘤及結(jié)瘤脫落導(dǎo)致的水口模型變化，利用自整定參數(shù)法使PID實(shí)時(shí)跟蹤液位，保證系統(tǒng)的性能和誤差的穩(wěn)定。本發(fā)明的模糊控制以液位偏差為輸入，通過(guò)模糊推理輸出補(bǔ)償信號(hào)來(lái)抑制系統(tǒng)超調(diào)量，降低液位超調(diào)。模糊控制主要抑制過(guò)大超調(diào)量，保證開(kāi)澆及非穩(wěn)態(tài)澆鑄條件下結(jié)晶器液位控制在偏離標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值土6mm范圍，保證快速換中間包和換水口后再次澆鑄時(shí)控制鋼水液位波動(dòng)在土5mm范圍，保證穩(wěn)定澆鑄過(guò)程中鋼水液位控制在偏離標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值小于士3mm，該控制過(guò)程均可在10s內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定工藝要求。本發(fā)明的控制系統(tǒng)采用等級(jí)單位描述液位偏差。將液位模糊觀測(cè)量、液位變化率模糊觀測(cè)量、模糊控制量(控制器PI參數(shù)調(diào)解量)和比例系數(shù)和積分系數(shù)的輸出均分為正大、正小、零、負(fù)小和負(fù)大5個(gè)模糊集合，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的隸屬函數(shù)。自整定參數(shù)PID是在PID算法的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算當(dāng)前的系統(tǒng)誤差E和系統(tǒng)誤差變化率Ec，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，査詢(xún)模糊矩陣表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，模糊控制設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立模糊規(guī)則表，本發(fā)明采用PI控制算法，制定PI參數(shù)調(diào)節(jié)控制規(guī)則，并給出補(bǔ)償控制規(guī)則。本發(fā)明的死區(qū)補(bǔ)償用于補(bǔ)償傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中存在的塞棒結(jié)瘤與結(jié)瘤脫落、機(jī)械死區(qū)和鑄坯鼓肚等造成的機(jī)械死區(qū)，從而保證準(zhǔn)確調(diào)整塞棒位置。本發(fā)明的結(jié)晶器液位控制方法按以下步驟進(jìn)行步驟一數(shù)據(jù)采集設(shè)定初始液位y。，通過(guò)液位控制器和液位傳感器采集液位y！和y2，其中》、y2為不同時(shí)間的液位。步驟二信號(hào)輸入并處理通過(guò)信號(hào)處理裝置將采集的數(shù)據(jù)yi和》輸入PLC，采用自整定參數(shù)PID控制和模糊控制混合控制處理信號(hào)；并通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)來(lái)補(bǔ)償由機(jī)械傳動(dòng)引起的不靈敏造成的機(jī)械死區(qū)。混合控制具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下1.用模糊自整定參數(shù)PID控制檢測(cè)液位誤差e!和液位誤差變化率為L(zhǎng)，并通過(guò)公式e產(chǎn)yo-y,和L-(y2-yi)/(tHi)進(jìn)行計(jì)算處理，其中t2、t！表示采集液位數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)應(yīng)時(shí)間，根據(jù)模糊控制原理對(duì)參數(shù)進(jìn)行在線修改，同時(shí)模糊控制也檢測(cè)液位誤差en但是當(dāng)控制系統(tǒng)在液位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，模糊控制器輸出為零，此時(shí)僅有自整定參數(shù)PID控制工作。2.通過(guò)模糊控制規(guī)則(Kp，K^Fuzzy(epL)，輸出控制信號(hào)=Kp*&玄"力抑制超調(diào)情況，提高系統(tǒng)暫態(tài)性能；其中《p為影響系統(tǒng)響應(yīng)速度和精度的比例系數(shù)；尺i為影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的積分作用系數(shù)；u為模糊化后的系統(tǒng)控制信號(hào)；e為檢測(cè)信號(hào)；i、k和j為序列號(hào)。步驟三信號(hào)輸出，PLC輸出u(k)=從而通過(guò)塞棒控制器控制塞棒位置，從而控制液位，式中u(k)為最終輸出的系統(tǒng)控制信號(hào)，W(^為時(shí)間ti對(duì)應(yīng)的模糊化后的系統(tǒng)控制信號(hào)，w""為時(shí)間t2對(duì)應(yīng)的模糊化后的系統(tǒng)控制信號(hào)。本發(fā)明的控制過(guò)程中塞棒結(jié)瘤與結(jié)瘤脫落、機(jī)械死區(qū)和鑄坯鼓肚等補(bǔ)償模塊具體原理如下1.塞棒流量特性(l)靜態(tài)流量特性式中，0n為結(jié)晶器流入鋼水量；Cd為流量比例系數(shù)；g為重力加速度；A為塞棒位置(開(kāi)度)；i/tum為中間包液位高度；^為水口有效流通面積與塞棒開(kāi)度線性關(guān)系系數(shù)。(2)動(dòng)態(tài)流量特性塞棒位置與鋼水流入量間動(dòng)態(tài)特性主要為延遲特性，該特性由水口流量傳輸引起，采用一階慣性環(huán)節(jié)近似為e,7^rto-)]式中^為時(shí)間；^為擾動(dòng)；《Q為流量比例系數(shù)；r為滑動(dòng)水口等效時(shí)間常數(shù)。(3)時(shí)變特性時(shí)變過(guò)程難于建模，因?yàn)樗c鋼水成分、溫度、節(jié)流口幾何形狀等多種因素相關(guān)，本發(fā)明將堵塞和開(kāi)堵等效為塞棒位置擾動(dòng)，艮P:xd=4remain",T"c)式中，函數(shù)remian為時(shí)間f除以7;的余數(shù)，擾動(dòng)信號(hào)幅值A(chǔ)c和周期T^可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析得到，Xd為塞棒位置擾動(dòng)。2.機(jī)械傳動(dòng)死區(qū)補(bǔ)償由于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)存在間隙和摩擦，無(wú)論如何調(diào)節(jié)，都會(huì)存在空程，即存在調(diào)節(jié)不靈敏區(qū)——死區(qū)，使塞棒位置調(diào)節(jié)無(wú)法調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)自激振蕩而無(wú)法工作。"死區(qū)"特性如圖3所示，為補(bǔ)償該環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)加入飽和特性，函數(shù)表達(dá)式為式中，《為傳動(dòng)的比例系數(shù)；F為調(diào)節(jié)位置的給定信號(hào)；^和6r為控制系統(tǒng)動(dòng)作臨界點(diǎn)，iv(r)為"死區(qū)"環(huán)節(jié)模型函數(shù)。3.鼓肚量化鑄坯鼓肚程度與現(xiàn)場(chǎng)澆鑄條件有關(guān)，鑄坯鼓肚可引起液位周期性波動(dòng)，且拉速與波動(dòng)周期乘積為常數(shù)。本發(fā)明將鼓肚量化為正弦波，表示為_(kāi)y=爿sin(紐+6)式中，^為由鼓肚引起的液位波動(dòng)幅度；w為液位波動(dòng)角頻率；6為液位波動(dòng)相位角，y為鼓肚量。本發(fā)明在綜合分析傳統(tǒng)控制方法基礎(chǔ)上，采用自調(diào)節(jié)參數(shù)PID控制和模糊控制并行的控制方法，通過(guò)合理設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則和參數(shù)整定規(guī)則，保證系統(tǒng)在時(shí)變狀態(tài)下既擁有良好的穩(wěn)態(tài)特性，又具有很好的暫態(tài)特性。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明的基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器鋼水液位控制方法具有響應(yīng)速度快、控制精度高和超調(diào)量小的特點(diǎn)，即使在澆鑄過(guò)程中外界突然加入擾動(dòng)的情況下也能保證將系統(tǒng)超調(diào)量控制在士5mm范圍內(nèi)，同時(shí)保證在短時(shí)間內(nèi)將鋼水液位控制在士3mm范圍內(nèi)。2.本發(fā)明的基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器鋼水液位控制方法綜合考慮了對(duì)結(jié)晶器液位有重要影響的拉速、鋼水紊流和擾動(dòng)和結(jié)晶器振動(dòng)等因素，解決了更換中間包、更換水口和鋼種等非穩(wěn)態(tài)情況下液位波動(dòng)較大的問(wèn)題。3.本發(fā)明的基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器鋼水液位控制方法結(jié)合連鑄實(shí)際，加入塞棒結(jié)瘤與結(jié)瘤脫落、機(jī)械死區(qū)和鑄坯鼓肚等補(bǔ)償模塊，基于PID參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響規(guī)律和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，編制隸屬函數(shù)和控制規(guī)則表，設(shè)計(jì)出的PID參數(shù)調(diào)整和模糊控制，能很好的抑制隨機(jī)擾動(dòng)，保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的控制原理圖；圖3為PID控制與模糊控制的混合控制流程圖；圖4為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)械死區(qū)原理圖圖5為液位模糊控制隸屬函數(shù)圖，其中，(a)為液位觀測(cè)量隸屬度函數(shù)(b)為液位變化率觀測(cè)量隸屬度函數(shù)；(c)為控制量P隸屬函數(shù)；(d)為控制量I隸屬函數(shù)；圖6為液位狀況的仿真結(jié)果圖；圖7為系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用效果圖；圖中1PLC，2現(xiàn)場(chǎng)控制箱，3液位測(cè)量裝置，4塞棒控制器，5位置傳感器，6伺服電機(jī)，7連接機(jī)構(gòu)，8手動(dòng)操作手柄，9塞棒，IO中間包，ll液位傳感器，12水口，13模糊控制器，14自整定參數(shù)PID控制器，15PID參數(shù)調(diào)節(jié)器，16結(jié)晶器，17電機(jī)控制器。具體實(shí)施方式結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器鋼水液位控制方法。圖1中PLC1通過(guò)液位測(cè)量裝置3與液位傳感器11相連，PLC1通過(guò)塞棒控制器4與電機(jī)傳動(dòng)位置傳感器5相連，用以采集實(shí)時(shí)的液位信號(hào)和電機(jī)傳動(dòng)位置信號(hào)；塞棒9通過(guò)連接機(jī)構(gòu)7與伺服電機(jī)6相連，伺服電機(jī)6控制塞棒9位置；(浸入式)水口開(kāi)度在塞棒9控制下調(diào)節(jié)鋼水流量以穩(wěn)定液位。圖2中控制系統(tǒng)整體呈串級(jí)控制，并分為內(nèi)環(huán)和外環(huán)兩部分，其中內(nèi)環(huán)控制電機(jī)位置，外環(huán)控制液位。如圖2所示，首先輸入給定液位，先與液位傳感器采集的液位信號(hào)進(jìn)行比較，并通過(guò)模糊控制器13和自整定參數(shù)PID控制器14輸出控制信號(hào)，即電機(jī)位置給定信號(hào)，又因機(jī)械傳動(dòng)中具有死區(qū)特性，死區(qū)原理如圖4所示，則通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)位置傳感器(補(bǔ)償器)5和電機(jī)控制器17準(zhǔn)確的控制電機(jī)傳動(dòng)位置，同時(shí)電機(jī)位置傳感器5控制塞棒位置(塞棒開(kāi)度)，塞棒9模塊輸出中間包10的流量與系統(tǒng)擾動(dòng)(拉速等)的差值并進(jìn)入PID控制模塊，通過(guò)積分得到結(jié)晶器16液位值。由于澆鑄過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)水口結(jié)瘤和結(jié)瘤脫落等狀況，導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，由此需根據(jù)實(shí)時(shí)情況通過(guò)PID參數(shù)調(diào)節(jié)器15對(duì)自整定參數(shù)PID實(shí)時(shí)調(diào)整。PLC中模糊控制與PID控制并行工作，通過(guò)模糊控制規(guī)則使得在超調(diào)量大的時(shí)候做出快速反應(yīng)，并抑制超調(diào)量，使得系統(tǒng)具有良好的暫態(tài)性能，而當(dāng)液位在給定液位值附近波動(dòng)時(shí)，模糊控制器輸出很小，這時(shí)充分發(fā)揮PID控制良好的穩(wěn)態(tài)特性，其參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)也保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定和良好的技術(shù)指標(biāo)。如圖2所示，結(jié)合附圖3、4和5對(duì)液位控制進(jìn)行說(shuō)明，其液位控制按以下步驟進(jìn)行步驟一給定液位yo，并先與圖1中液位傳感器采集的液位信號(hào)y!和y2進(jìn)行比較；由于澆鑄過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)水口結(jié)瘤和結(jié)瘤脫落等狀況，導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，由此需根據(jù)實(shí)時(shí)情況調(diào)整PID模塊參數(shù)，即通過(guò)PID參數(shù)調(diào)節(jié)器15對(duì)PID參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整。步驟二信號(hào)輸入并處理通過(guò)信號(hào)處理裝置將采集的數(shù)據(jù)yt和y2輸入PLC，并由自整定參數(shù)PID控制和模糊控制混合控制處理數(shù)據(jù)，控制流程圖如圖3所示。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程如下1.用模糊自整定參數(shù)PID控制檢測(cè)液位誤差ei和誤差變化率L,并通過(guò)公式el=y0-yi和匕=(y2-yi)/(t2-t,)進(jìn)行計(jì)算處理，其中t2、ti表示采集液位數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)間。根據(jù)模糊控制原理對(duì)參數(shù)進(jìn)行在線修改，同時(shí)模糊控制也檢測(cè)液位誤差e"但是當(dāng)控制系統(tǒng)在液位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，模糊控制輸出為零，此時(shí)僅有模糊自整定參數(shù)PID控制工作。2.通過(guò)模糊控制規(guī)則(Kp，fOFuzzy(ei，L)，輸出控制信號(hào)^藝e(/)抑制超調(diào)情況，提高系統(tǒng)暫態(tài)性能。采用等級(jí)單位描述液位偏差，將液位模糊觀測(cè)量分為5個(gè)模糊集合PBE(正大)、PSE(正小)、OE(零)、NSE(負(fù)小)、NBE(負(fù)大)，對(duì)應(yīng)隸屬函數(shù)如圖5(a)所示；液位變化率模糊觀測(cè)量為5個(gè)模糊集合PBEc(正大)、PSEc(正小)、OEc(零)、NSEc(負(fù)小)、NBEc(負(fù)大)，對(duì)應(yīng)隸屬函數(shù)如圖5(b)所示；模糊控制量(控制器PI參數(shù)調(diào)解量)劃分為5個(gè)模糊集合PBP(正大)、PSP(正小)、OP(零)、NSP(負(fù)小)、NBP(負(fù)大)，對(duì)應(yīng)隸屬函數(shù)如圖5(c)所示；比例系數(shù)和積分系數(shù)的輸出劃分為5個(gè)模糊集合PBI(正大)、PSI(正小)、01(零)、NSI(負(fù)小)、NBI(負(fù)大)，對(duì)應(yīng)隸屬函數(shù)如圖5(d)所示。模糊自整定PID參數(shù)是在PID算法的基礎(chǔ)上，通過(guò)計(jì)算當(dāng)前的系統(tǒng)誤差E和系統(tǒng)誤差變化率Ec，利用模糊規(guī)則進(jìn)行模糊推理，査詢(xún)模糊規(guī)則表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，模糊控制設(shè)計(jì)的核心是總結(jié)工程設(shè)計(jì)人員的技術(shù)知識(shí)和實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，建立合適的模糊規(guī)則表，模糊規(guī)則表包括比例系數(shù)控制規(guī)則表、積分系數(shù)控制規(guī)則表和補(bǔ)償控制器控制規(guī)則，采用PI控制算法，對(duì)應(yīng)PI參數(shù)調(diào)節(jié)器控制規(guī)則如表1和表2，同時(shí)給出補(bǔ)償控制器控制規(guī)則表3。表1比例系數(shù)控制規(guī)則表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表3補(bǔ)償控制器控制規(guī)則<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>3.信號(hào)輸出，PLC輸出uOO-t^O+M""，從而通過(guò)塞棒控制器控制塞棒位置控制液位。步驟三通過(guò)模糊控制和PID控制輸出控制信號(hào)，PLC輸出u(k卜w,(A:)+W2(A:)，由于機(jī)械傳動(dòng)中具有死區(qū)特性，通過(guò)電機(jī)調(diào)節(jié)位置傳感器(補(bǔ)償器)和電機(jī)控制器準(zhǔn)確的控制電機(jī)傳動(dòng)位置，同時(shí)電機(jī)位置控制塞棒位置(塞棒開(kāi)度)，塞棒模塊輸出中間包流量與系統(tǒng)擾動(dòng)(拉速等)的差值并進(jìn)入積分器(結(jié)晶器模塊)，通過(guò)積分得到結(jié)晶器液位值，從而通過(guò)塞棒控制其控制塞棒位置來(lái)控制液位。如圖6所示，拉速?gòu)?.6m/min升至1.8m/min時(shí)出現(xiàn)漏鋼警報(bào)，現(xiàn)場(chǎng)在隨后的10s內(nèi)降低拉速至0.2m/min，并在接下來(lái)的6分鐘后將拉速升至0.8m/min情況下的仿真結(jié)果。由圖7看出，本發(fā)明的液位超調(diào)量約9mm，澆鑄異常時(shí)系統(tǒng)能很快調(diào)節(jié)到穩(wěn)定狀態(tài)，并且在緩升拉速和基本穩(wěn)定拉速情況下，控制液位波動(dòng)在2mm范圍內(nèi)。由此可見(jiàn)所采用的模糊控制器與參數(shù)自整定PID控制器并行控制的方法，能很好的解決非穩(wěn)態(tài)澆鑄過(guò)程中穩(wěn)定性差的向題，同時(shí)解決了機(jī)械死區(qū)和塞棒侵蝕等問(wèn)題，并對(duì)鼓肚和拉速等擾動(dòng)有較好抑制能力。如圖7所示，現(xiàn)場(chǎng)澆鑄低碳鋼種時(shí)從開(kāi)澆至穩(wěn)定時(shí)的液位波動(dòng)情況。采用本發(fā)明的基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法后的液位波動(dòng)明顯得到改善，開(kāi)澆時(shí)的液位控制在5mm范圍內(nèi)，且液位能較快趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定澆鑄時(shí)液位波動(dòng)控制在2mm范圍內(nèi)。權(quán)利要求1.一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，其特征在于該控制方法在計(jì)算機(jī)和PLC的控制下，使用自整定參數(shù)PID控制和模糊控制混合控制液位，并對(duì)機(jī)械死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償，其具體步驟包括步驟一數(shù)據(jù)采集設(shè)定初始液位y0，通過(guò)液位控制器和液位傳感器采集液位y1和y2，其中y1、y2為不同時(shí)間的液位；步驟二信號(hào)輸入并處理通過(guò)信號(hào)處理裝置將采集的數(shù)據(jù)y1和y2輸入PLC，采用自整定參數(shù)PID控制和模糊控制混合控制處理信息，并通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)來(lái)補(bǔ)償由機(jī)械傳動(dòng)引起的不靈敏造成的機(jī)械死區(qū)；步驟三信號(hào)輸出，PLC輸出u(k)＝u1(k)+u2(k)，從而通過(guò)塞棒控制器控制塞棒位置控制液位；式中u(k)為最終輸出的系統(tǒng)控制信號(hào)，u1(k)為時(shí)間t1對(duì)應(yīng)的模糊化后的系統(tǒng)控制信號(hào)，u2(k)為時(shí)間t2對(duì)應(yīng)的模糊化后的系統(tǒng)控制信號(hào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，其特征在于步驟二所述的自整定參數(shù)PID控制和模糊控制混合控制步驟包括(1)、用模糊自整定參數(shù)PID控制檢測(cè)液位誤差ei和液位誤差變化率L，并通過(guò)公式e尸yo-yi和I^(y2-yi)/(trh)進(jìn)行計(jì)算處理，其中t2、h表示采集液位數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)應(yīng)時(shí)間；根據(jù)模糊控制原理對(duì)參數(shù)進(jìn)行在線修改，同時(shí)模糊控制器也檢測(cè)液位誤差ei;當(dāng)控制系統(tǒng)在液位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值范圍內(nèi)時(shí)，模糊控制器輸出為零，此時(shí)僅有模糊自整定參數(shù)PID控制工作；(2)、通過(guò)模糊控制規(guī)則(Kp，Ki)=FuZZy(ei，L)，輸出控制信號(hào)Wl(0=*^^>(J)抑制超調(diào)情況，提高系統(tǒng)暫態(tài)性能，其中Kp為影響系統(tǒng)響應(yīng)速度和精度的比例系數(shù)；《為影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的積分作用系數(shù)；u為模糊化后的系統(tǒng)控制信號(hào)；e為檢測(cè)信號(hào)；i、k和j為序列號(hào)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，其特征在于步驟二所述的死區(qū)補(bǔ)償用于補(bǔ)償由調(diào)節(jié)不靈敏區(qū)造成的塞棒位置無(wú)法調(diào)節(jié)準(zhǔn)確的弊端，死區(qū)特性函數(shù)表達(dá)式為式中，J為傳動(dòng)的比例系數(shù)；K為調(diào)節(jié)位置的給定信號(hào)；A和&為控制系統(tǒng)動(dòng)作臨界點(diǎn)；W(K)為"死區(qū)"環(huán)節(jié)模型函數(shù)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，其特征在于所述的模糊規(guī)則采用等級(jí)單位描述液位偏差，將液位模糊觀測(cè)量、液位變化率模糊觀測(cè)量、模糊控制量和比例系數(shù)和積分系數(shù)的輸出均分為正大、正小、零、負(fù)小和負(fù)大5個(gè)模糊集合。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，其特征在于所述的自整定參數(shù)PID控制以常規(guī)PID算法為基礎(chǔ)，以液位偏差和液位偏差變化率為輸入，采用模糊推理方法，并查詢(xún)模糊規(guī)則表進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行在線自整定。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，其特征在于所述的模糊控制以液位偏差為輸入，通過(guò)模糊推理輸出補(bǔ)償信號(hào)來(lái)抑制系統(tǒng)超調(diào)量，降低液位超調(diào)。全文摘要本發(fā)明涉及的一種基于Fuzzy-PID的連鑄結(jié)晶器液位控制方法，該控制方法是在計(jì)算機(jī)和PLC的控制下，使用自整定參數(shù)PID控制和模糊控制混合控制液位，并對(duì)機(jī)械死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償，步驟包括步驟一設(shè)定初始液位y₀，通過(guò)液位控制器和液位傳感器采集液位y₁和y₂；步驟二通過(guò)信號(hào)處理裝置將采集的數(shù)據(jù)y₁和y₂輸入PLC，采用自整定參數(shù)PID控制和模糊控制混合控制處理信息，通過(guò)調(diào)整PID參數(shù)來(lái)補(bǔ)償由機(jī)械傳動(dòng)引起的不靈敏造成的機(jī)械死區(qū)；步驟三PLC輸出u(k)＝u₁(k)+u₂(k)，從而通過(guò)塞棒控制器控制塞棒位置控制液位。本發(fā)明通過(guò)合理設(shè)計(jì)模糊控制規(guī)則和參數(shù)整定規(guī)則，保證了系統(tǒng)在時(shí)變狀態(tài)下既擁有良好的穩(wěn)態(tài)特性，又具有很好的暫態(tài)特性。文檔編號(hào)G05B13/02GK101403930SQ200810228739公開(kāi)日2009年4月8日申請(qǐng)日期2008年11月13日優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日發(fā)明者孟祥寧,張會(huì)祥,朱苗勇申請(qǐng)人:東北大學(xué)