[發明專利]一種基于Fuzzy-PID的連鑄結晶器液位控制方法

無效

• 申請號: 200910149569.3
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101596582A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 朱苗勇;孟祥寧;張會祥
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: B22D11/18
• 分類號: B22D11/18
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁 焱

技術領域：

本發明屬于連鑄生產技術領域，特別涉及一種基于Fuzzy-PID的連鑄結晶器液位控制方法。

背景技術：

隨著鋼鐵行業技術的進步，市場對鋼材產品質量的要求不斷提高，連鑄作為鋼鐵生產流程中承上啟下的重要環節，直接影響鋼材產品質量。連鑄結晶器內鋼水液位的變化對鑄坯質量有重要影響，穩定結晶器內鋼水液位對提高鑄坯質量和改善澆鑄效果意義重大。連鑄過程中，結晶器內鋼水液位高度應保持在合適范圍內，若鋼水液位提高，相當于提高了澆鑄水口浸入深度，使結晶器傳熱負荷增大，影響鑄坯凝固進程，液位提高還使鋼水靜壓力變大，增加了對鑄坯內液芯的壓力，易引起鼓肚現象，影響鑄坯質量，液位過高甚至會引起溢鋼事故。若鋼水液位下降，相當于澆鑄水口浸入深度降低，易造成卷渣，也不利于鋼水中夾雜物上浮，無法保證鋼水的潔凈，過低的液位還易導致漏鋼事故。穩定結晶器內鋼水液位對減少鑄坯夾渣和夾雜、改善結晶器潤滑條件、維持穩定的鋼水凝固條件、改善鑄坯質量、降低漏鋼率和溢流危險及提高連鑄機作業率等均有重要作用。

連鑄過程中結晶器內各種行為互相交織，相互影響，一系列無法測量的擾動因素的存在也為結晶器內鋼水液位的控制帶來了諸多困難，這些因素主要為：(1)拉速的波動；(2)中間包出口內鋼水不規則流動；(3)結晶器內鋼水紊流；(4)結晶器內熔池擾動；(5)鋼種；(6)結晶器振動等。目前基于對上述因素的分析，并結合相應的方法和裝置，已有相關技術被開發并應用于結晶器液位的控制。例如，申請號為02266583.8的中國發明專利“結晶器液位檢測裝置”，即在結晶器周圍安置一組線圈，通過連接該線圈與交流電源，設計出一種可達到較高檢測精度的結晶器液位檢測裝置；申請號為92216303.0的中國發明專利“測量金屬液位用超聲波線陣探頭”和申請號為200620096044.X的中國發明專利“嵌入式結晶器液位檢測系統”也均提出了相應的結晶器液位檢測裝置，上述相關專利主要解決了結晶器液位檢測裝置及檢測精度的問題，缺乏對結晶器液位控制方法的研究和開發?，F有的結晶器液位控制方法，如“煉鋼”中的文章“基于Fuzzy-PID的連鑄結晶器液位控制新方法”中記載的控制方法，盡管考慮了電機系統、塞棒特性等對液位的影響，一定程度上解決了傳統控制方法控制參數調節的問題，但仍缺乏對實際澆鑄工藝過程中流量偏差的考慮，從而導致控制效果和精度不夠穩定。

通常結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、改進的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暫態特性不好的問題，但模糊控制器難以保證系統同時具有良好的穩態特性，此方法很難應用于實踐。改進的PID控制方法，特別是調整PID參數法能夠解決系統非穩態和模型不確定等問題，但在非穩態澆鑄時，系統超調量和調節時間難于精確控制。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控制器良好的穩態性能和模糊控制器較好的暫態性能，但在實際生產過程中系統的不確定性使得PID控制器很難適應，且PID控制器和模糊控制器切換過程中帶來的擾動沖擊也相應增大了系統的干擾，容易引起超調現象頻繁發生。

發明內容：

本發明就是針對現有澆鑄過程中較大鋼水液位波動幅度對澆鑄帶來的不利，提供一種基于Fuzzy-PID的連鑄結晶器液位控制方法，即基于模糊(Fuzzy)控制與自調整參數PID控制并行控制，利用模糊控制對自調整參數PID控制中的參數進行在線修正的連鑄結晶器液位控制方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案，一種基于Fuzzy-PID的連鑄結晶器液位控制方法，該控制方法在計算機和PLC的控制下，使用自整定參數PID控制和模糊控制混合控制結晶器液位，并加入了塞棒結瘤與結瘤脫落補償模塊、流量偏差補償模塊、機械死區補償模塊及鑄坯鼓肚補償模塊；其控制過程的具體步驟如下：

步驟一：數據的采集

設定初始液位y₀，通過液位傳感器、液位測量裝置采集液位y₁和y₂，其中，y₁、y₂為不同時間的液位；

步驟二：信號的輸入及處理