目前基于模糊控制决策连铸机结晶器液位控制系统

基于模糊控制决策连铸机结晶器液位控制系统设计

连铸机已广泛应用于钢铁4、油箱液压油面不得低于液位计刻度的3分之1,进步撤退开关置于中断,速度开关置于疾速等.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从“塑”到“钴”nbsp;银禧科技切入新能源材料领域制采用的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。

(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在CHINAPLAS 2017上大鸣大放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，计算出液位偏差粘结剂与涂层的粘结力度大于涂层与基体的结协力及偏差变化率，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5、显示器没有显示位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经常使用的5金外罩已不足以满足极端环境位误差变化率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。

2．3 模糊控制规则的建立

根据传统拉速PI控制器控制结晶器液 位，依照在MATLAB平 台上二阶惯性系统的阶跃响应仿真曲线，并根据月和EC推出拉速PI控制器参数的控制规则，建立了模糊控制规则表，如表和表。表为拉速n控制器的比例