基于计算机智能模糊控制

[摘 要]本文运用计算机控制系统及自动控制理论解决加热炉生产工艺,重点研究加热炉控制系统的硬件设计、控制特点、控制方案设计及控制算法实现,并在典型实验装置上给予实验模拟.

[关 键 词]计算机控制系统模糊控制硬件设计控制特点控制方案设计及控制算法

对于轧钢企业实现加热炉自动控制最主要的两个任务是:对温度的控制.加热的温度不易过高,因为温度太高容易使铁和氧气发生化学反应附在钢坯表面(称之为氧化烧损),造成了原材料不必要的浪费.其次,温度过高会使钢坯粘性增加,钢坯容易贴在炉辊上,可能造成严重的生产事故.并且,温度也不应当过低,太低会使得钢坯不易被炉辊压轧成钢板,严重时可能出现断辊现象,造成不必要的停产.为保证钢板的质量,也要注意均匀加热.对流量的调节,要通过控制系统,实现最佳的煤气、空气配比,达到节能降耗及提高产品质量的目标.

一、加热炉工艺流程图

课题以冶金生产过程的加热炉为对象进行研究.冶金生产工艺一般有以下环节:选矿――烧结――炼铁――炼钢――铸钢――加热――轧钢――成材,由此可见加热炉是轧钢的前道工序,通过对钢坯的均匀加热,使其物理性能发生变化,有利于轧机的轧制,提高成材率.如图1所示为加热炉生产工艺流程图:

该加热炉以煤气为燃料,通过煤气和空气的配比送到各烧觜,对坯进行加热,它分为预热、加热、均热三段.通过推钢机将待轧冷钢坯推入炉内,然后由链式拉钢机拉动在炉内缓缓前进,依次通过预热、加热、均热三段,根据工艺要求,各段有各段的期望值,当达到期望值时,炉门开启,通过辊道将钢坯送入轧机.

二、加热炉温度控制方案

本课题以某企业燃气三段炉为研究对象,通过对对象的特性分析,温度控制采用模糊控制算法,而对小惯性环节的空气和煤气采用线性PI控制,以温度作为主控制器,空气和煤气的调节器作为副调节器,构成一串级比值调节系统,其控制结构框图如图2:

我们采用模糊控制技术对加热炉的各段温度进行控制.传统的控制方式不能收到好的控制效果,许多投运的过程控制系统不能正常运行,停留在手动状态,控制不精确,能源浪费.模糊控制系统易于接受,设计简单,维护方便,比常规控制系统稳定性好,鲁棒性高.

三、系统模拟调试

由于没有条件到工厂实际调试,我们选取工业电阻炉作为加热炉的模拟对象,仅对算法进行验证.此模拟系统是一个由工业控制计算机（带有输入输出模块）、工业电阻炉、温度变送器组成的DDC系统.直接数字控制系统（简称DDC）是指直接与控制对象连接的系统.它是计算机过程控制的核心.它可以独立地同时完成多个回路自动控制的任务,也可与其他DDC及计算机设备构成更大的控制系统.DDC的特点是易于实现任意控制算法,只需按人们要求改变程序或修改算式的某些系数,就能得到不同的控制效果.只要充分发挥DDC的功能,就能实现各种不同的控制方式和算法,以满足各种应用场合的需要.DDC系统功能的齐全程度,随完成的任务和控制机本身的功能不同而异.

其控制系统结构图如图3所示:

图中SP为设定值,PV为测量值,e为偏差值,偏差通过变结构数字控制输出调节电压u,由0～5v的调节电压来改变可控硅调压器输出到电阻炉的电压u1,从而达到控制电阻炉温度的目的,电阻炉的温度由温度变送器转化为1～5v的电压信号,传入到模板,从而形成一个闭环控制系统.

本文主要讨论了加热炉自动控制系统中模糊控制的应用,提出通过模糊控制系统,实现加热炉最佳的煤气、空气配比,达到节能降耗及提高产品质量的目标.