[發(fā)明專利]一種帶鋼熱連軋生產(chǎn)鋼坯再加熱模糊PID溫度調(diào)節(jié)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111189138.7
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113886990A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王俊偉;張晉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F17/13;B21B37/74;G06F119/08
• 代理公司: 北京市廣友專利事務(wù)所有限責(zé)任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種帶鋼熱連軋生產(chǎn)鋼坯再加熱模糊PID溫度調(diào)節(jié)方法，屬于帶鋼熱連軋生產(chǎn)領(lǐng)域。所述方法包括：對具有時(shí)空分布特征的非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)模型進(jìn)行T?S模糊偏微分方程建模，得到非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)的T?S模糊偏微分方程模型；采用基于觀測器的反饋控制技術(shù)，根據(jù)所述T?S模糊偏微分方程模型構(gòu)建T?S模糊觀測器；運(yùn)用PID控制策略，構(gòu)造基于T?S模糊觀測器的模糊PID溫度測量跟蹤調(diào)節(jié)器；確定模糊PID溫度測量跟蹤調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)，將模糊PID溫度測量跟蹤調(diào)節(jié)器應(yīng)用于非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)模型，驅(qū)動鋼坯下表面溫度調(diào)節(jié)到期望溫度值。采用本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)非侵入式鋼坯溫度表面測量與調(diào)節(jié)，使得鋼坯下表面溫度達(dá)到期望溫度值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及帶鋼熱連軋生產(chǎn)領(lǐng)域，特別是指一種帶鋼熱連軋生產(chǎn)鋼坯再加熱模糊PID溫度調(diào)節(jié)方法。

背景技術(shù)

在帶鋼熱連軋生產(chǎn)過程中(帶鋼熱連軋生產(chǎn)工藝流程如圖1所示)，溫度精確控制有助于鋼鐵行業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級：節(jié)能減排與提質(zhì)增效。這是因?yàn)闊徇B軋中能耗與鋼產(chǎn)品質(zhì)量都與溫度息息相關(guān)。因此研究如何開發(fā)簡單、有效且可靠控制算法驅(qū)動加熱單元使鋼坯溫度分布達(dá)到期望(鋼坯再加熱示意圖如圖2所示)，這對鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)更為復(fù)雜，不僅與時(shí)間有關(guān)，還依賴于空間位置，通常由偏微分方程刻畫。同時(shí)，溫度演化動態(tài)的非線性特征，如鋼坯的比熱系數(shù)和傳導(dǎo)系數(shù)與溫度有關(guān)，且難以獲得其準(zhǔn)確表達(dá)式，這增加了溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。

另外，受現(xiàn)有傳感器測量與控制驅(qū)動技術(shù)限制，鋼坯表面溫度測量與調(diào)節(jié)具有非侵入性，即鋼坯內(nèi)部溫度分布信息不能通過傳感器直接獲得和加熱單元直接調(diào)節(jié)。因此，鋼坯溫度測量與加熱僅能在其表面進(jìn)行，屬于分布參數(shù)系統(tǒng)邊界控制范疇。

雖然PID控制廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域且已成為解決跟蹤控制問題的有效途徑之一，但是鋼坯表面溫度調(diào)節(jié)問題本質(zhì)上是擬線性分布參數(shù)系統(tǒng)邊界輸出跟蹤控制問題。目前，如何利用PID控制解決非線性分布參數(shù)系統(tǒng)邊界輸出跟蹤問題依然是難點(diǎn)，特別是相應(yīng)的PID參數(shù)整定及其性能分析方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了帶鋼熱連軋生產(chǎn)鋼坯再加熱模糊PID溫度調(diào)節(jié)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)非侵入式鋼坯溫度表面測量與調(diào)節(jié)，使得鋼坯下表面溫度達(dá)到期望溫度值。所述技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種帶鋼熱連軋生產(chǎn)鋼坯再加熱模糊PID溫度調(diào)節(jié)方法，包括：

對具有時(shí)空分布特征的非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)模型進(jìn)行高木-關(guān)野(Takagi-Sugeno，T-S)模糊偏微分方程建模，得到非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)的T-S模糊偏微分方程模型；

采用基于觀測器的反饋控制技術(shù)，根據(jù)所述T-S模糊偏微分方程模型構(gòu)建T-S模糊觀測器；

運(yùn)用PID控制策略，構(gòu)造基于T-S模糊觀測器的模糊PID溫度測量跟蹤調(diào)節(jié)器，其中，模糊PID溫度測量跟蹤調(diào)節(jié)器采用邊界控制律；

確定模糊PID溫度測量跟蹤調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)，將模糊PID溫度測量跟蹤調(diào)節(jié)器應(yīng)用于非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)模型，驅(qū)動鋼坯下表面溫度調(diào)節(jié)到期望溫度值。

進(jìn)一步地，所述對具有時(shí)空分布特征的非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)模型進(jìn)行T-S模糊偏微分方程建模，得到非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)的T-S模糊偏微分方程模型包括：

對具有時(shí)空分布特征的非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)模型進(jìn)行簡化，得到簡化模型；

對于簡化模型中存在的非線性項(xiàng)，利用局部空間依賴扇區(qū)非線性方法建立T-S模糊偏微分方程模型來描述鋼坯內(nèi)部溫度演化非線性動態(tài)。

進(jìn)一步地，所述具有時(shí)空分布特征的非線性鋼坯內(nèi)部溫度演化動態(tài)模型表示為：