基于模糊PlD 混合布料控制系统的研究

2018-05-23韩一杰

世界有色金属 2018年6期

韩一杰

（河钢唐钢自动化有限公司，河北唐山 063000）

在冶金行业中，烧结生产在冶炼生产过程中占有重要地位，是炼铁生产的一个关键环节。烧结矿的质量直接影响炼铁的稳定运行，是保证高炉获得优质技术指标的关键所在。烧结是烧结矿生产的重要工序，烧结混合布料在烧结生产中，布料的厚度和均匀稳定程度直接影响着烧结矿的质量。同时，混合布料的好坏，对烧结机表面点火、热能的有效利用、风量的合理分布和料层的提高均有响应影响。料面平整均匀，可使混合料表面点火均匀、受热均衡，从而可减少煤气耗量，并有助于进一步提高料层，减少表层烧结矿的影响，提高烧结成品率。相反，若布料不当，料面凹凸不平，呈波浪状或出现局部堆积、局部拉沟等现象，都会使风从压力相对较小的地方大量抽出，造成点火热量的浪费，增大煤气消耗。此时，机尾烧结饼断面表现为红火层不整齐，局部过烧、局部夹生，烧结矿强度降低。

1 烧结混合模型

烧结混合料布料控制模型（SMFC）是一级控制模型，包括混合料厚度控制模型和混合料均匀布料控制模型。

混合料厚度控制模型用于在线控制混合料料槽的混合料流量，采用雷达料位计监视烧结机料层厚度，设有5个测量点，取其平均值作为控制模型的测量输入，与料厚给定值进行比较，控制器根据偏差值控制圆辊给料机速度，使通过圆辊给料机输出的混合料保持设定值，从而使烧结混合料的厚度保持恒定。混合料厚度控制模型如图1所示。

图1 混合料厚度控制模型

2 模糊PID控制器的设计

PID控制是最早作为自动闭环控制的策略之一，由于其算法简单、鲁棒性较好和较高的可靠性，被广泛的应用于工业过程控制领域，特别适用于精确数学模型的确定性系统。然而烧结混合布料系统具有非线性、时变性和滞后性，难以建立精确的数学模型，往往应用传统PID控制器不能达到理想的控制效果，在烧结混合布料系统中通常整定不良、性能欠佳，其适应性很差。基于上述情况，本文提出模糊PID控制算法。

2.1 模糊PID控制原理

模糊PID控制器由二维模糊控制器和传统PID控制器并联而成，即模糊PID控制的输出为传统PID控制器参数输入，用于对传统PID控制器参数的调整。其控制结构如图2所示。

模糊PID控制器以设定值与测量值的误差E和误差变化率EC作为模糊控制器的输入，运用模糊规则推理实时对PID控制器3个参数进行在线整定，实现被控对象的自适应控制。

表1 模糊控制规则表

图2 模糊PID控制结构图

2.2 模糊PID控制器的设计

模糊控制器采用双输入三输出的多维模糊控制结构，对应P、I、D三个参数表现为三个双输入单输出的结构。本文选用混合料厚度的误差E和误差变化率EC作为模糊控制器的输入，误差E对应的论域为[-50，50]，误差变化率EC对应的论域为[-3，3]，取语言值均为[NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB]。模糊控制器的输出分别为P、I、D，P对应的论域为[-3， 3]，I对应的论域为[-0.3，0.3]，D对应的论域为[-0.3，0.3]，语言值均采用[NB、NM、NS、ZO、PS、PM、PB]。

模糊控制规则依据相关资料和操作经验，总结出以下控制规则：

（1）当E和EC很大，E×EC＞0，说明系统输出与设定值的偏差很大，而且系统正向着偏差增大的方向变化，系统误差进一步加大，此时P应选择大些，I和D选择应该小些。

（2）当E和EC很大，E×EC＜0，虽然系统输出与设定值的偏差很大，但是系统正向着偏差减小的方向变化，系统误差将会逐渐减小，此时P维持较大值，I维持较小值，D选择中等大小。

（3）当E和EC中等大小，为了减弱系统振荡，确保系统的响应速度，此时P取较小值，I取中等大小，D维持中等大小。

（4）当E趋近于零，EC中等大小，系统输出与设定值偏差很小，此时P取0值，I取中等大小，D取0值。

总结以上经验，得出P、I、D三个参数整定的模糊控制规则如表1。