模糊控制技术在加热炉系统中的应用

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1、模糊控制技术在加热炉系统中的应用：加热炉控制系统的优劣直接影响到轧制钢坯的温度从而影响到成材钢的质量，模糊控制技术是一种新的通过对燃烧气体流量分析和控制来辅助脉冲式烧嘴的技术，该技术主要是通过在本地主管道中采集煤气的热值、空燃比和各个烧嘴的空气、煤气烧嘴的气体流量数据。通过模糊控制调节、加热需求模糊控制的重新计算，得出合适的脉冲烧嘴打开时间。在国内现有加热系统中已经取得良好的经济和社会效益。　　关键词：加热模式；模糊控制；脉冲PID调节　　：TM92：A：1671－7597（2011）0310122－01　　　　在民营或合资企业中，当以唐山国丰，迁西津西、山西海鑫、天津荣程、山东日照

2、及发展较快的建龙系等为代表。这些钢铁企业的轧钢厂都是烧高炉煤气的蓄热式加热炉。南钢中板、武钢大型采用的是混合煤气只预热空气的蓄热式加热炉。目前高档工业产品对炉内温度场的均匀性要求较高，对燃烧气氛的稳定可控性要求较高，使用传统的连续燃烧控制无法实现。随着宽断面、大容量的工业炉的出现，必须采用脉冲燃烧控制技术才能控制炉内温度场的均匀性，由于燃料流量是通过压力调整预先设定，烧嘴一旦工作，就处于满负荷状态，可以保证烧嘴燃烧时的燃气出口速度不变。　　1技术方法　　模糊控制主要是采集本地煤气的热值、空燃比，各烧嘴的空气煤气流量等数据。通过模糊控制调节、加热需求模糊控制、加热及待轧保温策略等模型的

3、重新计算，得出合适的烧嘴打开时间。优化后适应了煤气热值及压力的大范围波动干扰的情况，维持合理空燃比例，提高了燃烧的效率，降低煤耗，减少了烟气带走的热量损失。　　1.1温度的自动控制。燃烧的控制是通过对燃烧时间的控制而不是对空气和煤气的流量调节来实现的。燃烧是顺序控制，对每一个烧嘴是单独控制的。燃烧各区的温度是通过热电偶检测：每对上部烧嘴的炉顶中部热电偶和每对下部烧嘴的炉顶底中部热电偶。　　加热炉各区的热需求值根据下表转换成燃烧时间。　　当烧嘴是打开时，它是以100%的能力工作的。烧嘴点火是交错进行的，避免空气和煤气主管突然的高压变化。　　1.2模糊控制调节方案。模糊控制，控制动作仍然

4、由经典PID承担。模糊逻辑程序块按照输入值确定并使适应PID调节器的必要的变化。结果以由模糊逻辑监控根据系统观测提取的专门的数据库、人的经验和处理过程知识为基础。这一解决方案不需要过程模型。　　模糊调节在监控层实现，它计算标准温度控制回路PID设备的在线参数。需要考虑的变量如下：　　设置值　　测量的温度　　给定时间步长内测量温度变化　　区域即时装料　　实际步幅（速度）值　　模糊控制层可以容易地通过开/关命令连接或断开。如果模糊层断开，则使用以传统方式调节的缺省PID参数。　　模糊逻辑控制器正常工作需要三类数据：　　以模糊子集描述的输入变量：　　偏差＝设置值测量值　　动态测量加热炉温度

5、值　　加热炉各区域内钢坯重量（钢坯分布）　　实际生产节奏速度　　以模糊子集描述的输出变量：　　比例系数：Kp　　积分系数：Ki　　模糊控制器可以采用两种模式：稳定模式和过渡模式。当测量值与设置值差别不大时认为系统处于稳定状态。在稳定状态，Kp和Ki通过温度偏差调节。当偏差变的太大时，系统被认为进入过渡状态。在这种情况下，必须动态控制测量温度以满足加热炉的响应要求。工作模式的改变由模糊中断器执行，它保证从一种模式到另一模式的平滑过渡。在这些模块之后，我们得到Kp和Ki的第一个值，这些值在计算Kp和Ki偏移量的第二个模糊模块中被调整，计算函数考虑了实际工作条件（重量和步幅）。最终结果的计

6、算综合了稳定块和过渡块的中间结果和每个过程的应用程度（由中断器给出）。　　1.3加热需求模糊控制。模糊逻辑调节根据应用情形的不同由几个控制模块组成：　　1）当加热过程认为是准稳定状态时的稳定控制模块；2）当加热过程认为是过渡状态时的过渡控制模块；3）当过程由稳定状态变化到过渡状态或相反时的传递控制模块。　　（«ST/TR»或«TR/ST»）　　当偏差小于X3或大于X5时，认为处理过程处于过渡状态。在这种情况下，只应用模糊逻辑过渡模块。　　当偏差界于X2和X6之间时，过程被认为100％准稳定状态，应用模糊逻辑稳定模块。　　当偏差属于[X3

7、；X2]或[X6；X5]时，应用«ST/TR»模块。从«ST/TR»模块返回到稳定模块，只需要偏差进入[X2；X6]。　　当使用«ST/TR»或«TR/ST»程序时，Kp计算公式如下（以偏差=e1为例）：　　Kp=[MF_st（e1）xKp_st+MF_tr（e1）xKp_tr]/[MF_st（e1）+MF_tr（e1）]　　在这里，MF称为模糊逻辑变量（偏差e