外文翻譯--結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) Abstract : A simple effective intelligent mould level control method is presented. It consistes of a nonlinear controller , for sliding valve and its hydraulic actuator based on model reduction and inner model control , a feed forward tundish weight controller and a mould level predic

2、tive fuzzy controller. Its accuracy and reliability for practical use in continuous casting process are demonstrated by satisfactory experimental and on- line control performances . Key wor ds : mould level ; intelligent control ; cascade control ; fuzzy predictive controlDocument code : A摘要:提出了一種簡(jiǎn)單

3、有效的結(jié)晶器液位智能控制控制方法,它包括一個(gè)基于模型降階和內(nèi)?？刂频姆蔷€性滑動(dòng)水口及其液壓機(jī)構(gòu)控制器、一個(gè)中間包重量前饋控制器和一個(gè)結(jié)晶器液位模糊預(yù)測(cè)控制器. 實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)使用表明,該方法能夠準(zhǔn)確可靠地應(yīng)用于連鑄過(guò)程控制之中.關(guān)鍵詞: 結(jié)晶器液位; 智能控制; 串級(jí)控制; 模糊預(yù)測(cè)控制1 引言結(jié)晶器液位控制是連鑄過(guò)程控制的重要環(huán)節(jié)之一。它是通過(guò)液壓伺服系統(tǒng)控制鋼液從中間包流向結(jié)晶器的流量。結(jié)晶器中液位的波動(dòng)不僅會(huì)影響鑄坯質(zhì)量，而且還可能導(dǎo)致澆鑄過(guò)程中溢鋼或漏鋼事故。由于連鑄過(guò)程對(duì)鋼水質(zhì)量要求高，連鑄過(guò)程控制存在許多問(wèn)題，如： 1）存在著可測(cè)的擾動(dòng)和未建模動(dòng)態(tài)； 2）具有時(shí)變性和非線性特性；3）過(guò)

4、程本身和執(zhí)行機(jī)構(gòu)常有較大的滯后；4）用于過(guò)程測(cè)量的傳感器也常常受到高頻噪聲的影響。由于這些原因，傳統(tǒng)的建模和控制方法難以實(shí)現(xiàn)令人滿意的結(jié)晶器液位控制。最近，連續(xù)鑄造過(guò)程中采用智能的控制方法，如預(yù)測(cè)控制和模糊控制。但沒(méi)有一種控制方法可以得到令人滿意的拉坯速度，也不能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的結(jié)晶器液位控制。根據(jù)我們以往的研究，本文將提出一種智能的液位控制方法。這種控制方法在中國(guó)九五項(xiàng)目的鋼鐵廠進(jìn)行的兩個(gè)試驗(yàn)和實(shí)時(shí)鑄造工藝中得到令人滿意的業(yè)績(jī)報(bào)告。2 梯級(jí)結(jié)晶器液位控制器設(shè)計(jì)結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1 。其中非線性控制器的目的在于彌補(bǔ)具有流動(dòng)行為的非線性滑動(dòng)閥的影響; 給料區(qū)控制器的目的是分散中間包液位波動(dòng)的

5、影響; 它是基于模型降階和內(nèi)?？刂疲捎糜诨瑒?dòng)閥及其液壓執(zhí)行器;和控制器組成結(jié)晶器液位控制的預(yù)測(cè)模糊控制，防止滋干擾拉坯速度和未建模動(dòng)態(tài)。2.1 非線性的閥流量控制器良好的非線性閥流量控制器應(yīng)考慮的幾點(diǎn)：閥的幾何條件、流動(dòng)動(dòng)態(tài)和高溫鋼液所造成的侵蝕。抖動(dòng)通常用于在實(shí)際層面上的控制，以補(bǔ)償這些非線性所帶來(lái)的影響。但是，這可能加快閥的磨損，縮短其壽命。因此，根據(jù)閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其行為，下面的非線性控制器專為它設(shè)計(jì)了一套解決辦法 ， (1)在增益閥流量系統(tǒng)中將顛倒過(guò)來(lái)，即 (2)而g( xv)是用來(lái)補(bǔ)償非線性幾何閥門的，即將g( xv)反過(guò)來(lái)作用到函數(shù) f（xv)以控制閥與閥之間的有效流通領(lǐng)域。通過(guò)基

6、本的物理和幾何知識(shí)就可以方便的獲得函數(shù)f（xv），如 (3)2.2 中間包重量的前饋控制器 這使測(cè)量中間包重量更加容易。眾所周知它關(guān)系到結(jié)晶器液位控制的傳遞函數(shù) 。因此，下面的前饋控制器是用來(lái)消除其對(duì)結(jié)晶器液位控制的影響。 (4)2.3 滑動(dòng)閥位控制器在開環(huán)系統(tǒng)中，高階系統(tǒng)包括滑動(dòng)閥及其液壓伺服系統(tǒng)。因此，控制器的設(shè)計(jì)如下減少一個(gè)模式進(jìn)程。眾所周知內(nèi)?？刂疲▓?zhí)監(jiān)委）的戰(zhàn)略是在使用的基礎(chǔ)上減少模型，以獲取以下自整定PID控制器： (5)通常結(jié)晶器液位真正振蕩是發(fā)生在高頻區(qū)的，因此，它阻礙控制器調(diào)整運(yùn)動(dòng)的閥門。為了避免這些不利因素，在該控制器中用閥位輸出代替錯(cuò)誤的閥門位置的微分項(xiàng)。然后將閥門驅(qū)動(dòng)器

7、設(shè)置的位置點(diǎn)（與結(jié)晶器液位直接有關(guān)）排除在微分項(xiàng)外，因此由控制輸出衍生的進(jìn)一步變化所造成的設(shè)定點(diǎn)是可以避免的。這又使得調(diào)節(jié)閥運(yùn)動(dòng)平滑。2.4 結(jié)晶器液位的模糊預(yù)測(cè)控制器模具水平控制器是將模糊控制方法和預(yù)測(cè)方法的設(shè)計(jì)相結(jié)合。模糊控制在這里發(fā)揮的主要作用，而水平預(yù)測(cè)的行為僅是一種加固模糊控制的行為。這種控制器是精心設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)有效地抵制了過(guò)程測(cè)量中的干擾噪聲和噪聲所造成的拉坯速度變化以及未建模動(dòng)態(tài)，并改進(jìn)了魯棒性和穩(wěn)態(tài)行為。分割宇宙話語(yǔ)中的模糊控制是按照該鋼鐵廠實(shí)際進(jìn)程要求確定的，以及模糊控制規(guī)則的基礎(chǔ)是一種集加權(quán)規(guī)則的形式：如果錯(cuò)誤是和速率是，然后輸出是。為調(diào)整模糊控制規(guī)則，將建立一個(gè)結(jié)晶器液位

8、模糊預(yù)測(cè)模型 其中是重量。在此模型中參數(shù)是由最小均方（ LMS ）戰(zhàn)略確定的。最重要的是，這意味著控制規(guī)則的完善。之后去模糊化，得到模糊控制器輸出u(k)的最后結(jié)果。雖然有完善的規(guī)則，模糊控制器可能仍然不能令人滿意，因?yàn)榇嬖谟猩肼暋３鲇谶@一原因，設(shè)計(jì)了魯棒預(yù)測(cè)控制器的，以鞏固模糊控制器。在設(shè)計(jì)這一預(yù)測(cè)控制器時(shí)，介紹一個(gè)均衡CARIMA結(jié)晶器液位控制與有色噪聲模型的過(guò)程，如下： (6)其中 , 和 是多項(xiàng)式系數(shù)，這個(gè)阻抗代表結(jié)晶器集成的特點(diǎn)，y(t)和u(t-d)項(xiàng)分別是系統(tǒng)輸出和控制信號(hào)，w(t)是有色噪聲。前面的預(yù)測(cè)水平輸出和最優(yōu)控制法是在改進(jìn)模型的基礎(chǔ)上得到的，根據(jù)顯示定理得到下面的線性

9、關(guān)系 (7)其中，它代表存在有色噪聲的結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)。被定義為 。這個(gè)也被稱為是均衡有色噪聲系統(tǒng)中白噪聲的噪音。然后，過(guò)程模型（ 6 ）如下, (8)其中均衡輸出和控制項(xiàng)為 , (9) . (10)此外，動(dòng)態(tài)過(guò)濾包含在成本函數(shù)以消除測(cè)量噪聲帶來(lái)的影響。然后在GPC控制方法中使用均衡模型，以獲取CGPC來(lái)控制 。這個(gè)過(guò)程相當(dāng)于介紹以下成本函數(shù) (11)通過(guò)降低成本的功能，得到了最優(yōu)控制規(guī)律的均衡系統(tǒng) 。 (12)最后，結(jié)合平衡方程（ 8 ）和（ 9 ） ，得到最佳的預(yù)測(cè)與控制法的初步結(jié)晶器液位控制系統(tǒng) (13) (14)結(jié)合這一預(yù)測(cè)控制信號(hào)和模糊控制器的輸出u(k)得到最后的結(jié)晶器液位控制器

10、，即 (15)3 實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)施3.1 實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)中，將梯級(jí)PID控制器和本文提出的控制方法 8 進(jìn)行了比較。階躍響應(yīng)如圖.2所示，其中性能1是新方法。從圖.2中我們可以了解到，當(dāng)使用PID控制器時(shí)，結(jié)晶器液位振蕩劇烈和大級(jí)別的過(guò)渡發(fā)生。當(dāng)使用新方法進(jìn)行控制時(shí)，結(jié)晶器液位迅速到達(dá)設(shè)定點(diǎn)。在魯棒控制系統(tǒng)也有明顯改善，無(wú)振蕩的發(fā)現(xiàn)。3.2 工程實(shí)施 本文研究的是板坯曲面半徑為3000mm的連鑄機(jī)。正常的拉坯速度為1 3 m/ min。結(jié)晶器的腳輪截面為150cm× 150cm，長(zhǎng)度為30cm。結(jié)晶器的振蕩頻率f = 1.25 6.7Hz，公差為±3mm。最大驅(qū)動(dòng)力F= 200k

11、N。根據(jù)實(shí)際進(jìn)程的要求，結(jié)晶器液位的偏差應(yīng)小于10mm，并沒(méi)有急性波動(dòng)。圖.3所示的是在本文介紹的控制方法下的實(shí)際鑄造性能曲線。很明顯最大偏差在5mm左右，并且一級(jí)波動(dòng)很小。當(dāng)拉坯速度發(fā)生變化或在中間轉(zhuǎn)換時(shí)，目前使用的自動(dòng)控制方法中不具有下列模具水平集點(diǎn)。在這種情況下，運(yùn)營(yíng)商通常將其切換到手動(dòng)控制模式。這反過(guò)來(lái)又導(dǎo)致結(jié)晶器的液位波動(dòng)劇烈。通過(guò)研究我們對(duì)這兩個(gè)案例進(jìn)行了處理，得到了一種新的控制方法。原來(lái)當(dāng)拉坯速度增加，結(jié)晶器的液位下降，這使其迅速地返回到設(shè)置點(diǎn)。由于進(jìn)程的慣性會(huì)使這一過(guò)程持續(xù)一段時(shí)間。但是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有較大偏差產(chǎn)生。最大的偏差也小于10mm。在中間包也近乎發(fā)生同樣的現(xiàn)象。為什么大型結(jié)晶器的液位并沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)誤，這是因?yàn)樵趫?zhí)行過(guò)程中被使用的新控制器中包括反積分揮臂戰(zhàn)略，這是最重要要指出的。當(dāng)絕對(duì)誤差夠大時(shí)，就不使用一體化的滑動(dòng)閥門控制器。4 結(jié)論這種內(nèi)循環(huán)閥位置自動(dòng)整定PID控制器是在內(nèi)?？刂坪湍Ｐ徒惦A的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的。這使閥運(yùn)動(dòng)非常平滑且迅速。此外，