文档介绍：连铸机结晶器液位控制系统设计
连铸机已广泛应用于钢铁冶金行业,我国的连铸比已超过90%,在研究连铸技术领域中,控制技术在连铸机中的应用研究最为活跃。而结晶器是连铸机上的一个关键设备,其液位控制精度对提高钢产量、降低钢坯生产事故率有着重要的意义。笔者利用模糊控制策略对结晶器液位进行控制,并将设计的模糊控制器应用于实际控制对象。
1传统的结晶器液位控制系统

传统的结晶器液位控制采用的Co-60控制系统[1],是采用控制拉矫机的拉速来控制结晶器的液位,但这种控制系统液位控制精度较低。后来采用塞棒控制结晶器的液位,这种方法是人工操作,响应速度慢,系统稳定性差。

由于塞棒动作的响应时间长,对液位控制非线性度大,甚至还可能出现无规律现象,从而导致对液位控制的不稳定性,而且控制精度低。主要有以下几个因素:
(1)塞棒控制的性状有影响。例如,含铝量较高的钢流浇注时,水口部分容易粘结,从而对钢流的流动起阻塞作用。
(2)在浇注过程中,塞棒及水口被逐渐熔融、冲刷、侵蚀而改变钢流通道的尺寸和形状,这些都将改变钢流。
(3)由于过程参数的改变,诸如钢液温度、中间罐钢液量,都将对结晶器液位控制产生影响。

用改变拉速来控制液位,其控制特性曲线是线性的,因此,从理论上说其控制精度是很高的。但拉速是连铸过程中的重要参数,它取决于下列因素:
(1)铸坯的质量,拉速应按凝固理论的要求来设计;不同的钢种、断面尺寸、钢液过热度,就决定了相应的冷却度和拉速。因此,在保证铸坯质量的前提下,拉速应有上限值。·
(2)为提高铸坯生产效率,拉速应有下限值。
为满足上述两个基本要求,拉速应限制在一定范围内。但另一方面,为满足结晶器液位控制的精度要求,拉速应动态地跟踪液位进行调节。因此,应把拉速的调节范围限制在一个较小的动态范围内。

当浇注普通炭钢或对质量要求不高的钢种时,两种控制手段[2]均可采用,且应优先使用控制拉速的办法,因为拉速控制液位是近似线性的。当浇注特殊钢种,应综合采用两种控制方法,因为此时连铸工艺要求液位稳定,也同时要求拉速稳定,但只要当连铸工艺过程状态没有突变或没有很大的扰动时,还是应该采用控制拉速的方法,即使出现较大的扰动,也可在拉速控制回路采用前馈调节来消除扰动。因此,对结晶器液位的控制主要应采用拉速来控制。
2模糊控制器设计

图2--1是以拉速控制液位的系统原理图,将液位传感器检测的液位信号与给定的液位信号比较,计算出液位偏差及偏差变化率,并进行模糊化、模糊推理和决策,经过调节因子计算后,送给实际的拉速液位PI控制器进行运算,其输出控制拉矫机的拉速,从而控制结晶器的液位。模糊控制系统框图如图2—2所示。

模糊控制器选用二维输入和一维输出,输入变量为结晶器液位误差正和液位误差变化率EC,输出量Z改变拉速PI控制器的P、I参数。其对应的语言值模糊子集选取为:{H,M,Z,S,L}其中H=负大;M=负小;Z=零;S=正小;L=正大。并确定偏差月和偏差变化率EC的整数论域为:E:Xe={-2,-1,0,1,2},EC:Xec={-2,-1,0,1,2};输出