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。

参考文献:

[1]胡春明:加热炉模糊控制系统[J].攀钢技术，2002，25(3)

[2]张凯举邵诚:钢铁工业加热炉先进控制技术及其发展[J].冶金自动化，2003，27(1)

注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”