薄带连铸熔池钢水液位检测与控制系统的研究

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1、▲l。，一知●I摘要薄带连铸熔池钢水液位检测与控制系统的研究摘要薄带连铸技术是冶金领域的一项前沿性技术，目前己成为钢铁行业研究和发展的热门。该项技术不仅可以取消热轧生产过程而大幅降低生产成本，还可以利用快速凝固效应生产出难以轧制的以及具有特殊性能的新材料。这项技术系统结构复杂，对控制系统要求精度高、速度快，目前，工艺还不成熟，对控制系统的设计也没有一套完整的理论，都还处于探索之中。况且，国际上屈指可数拥有该新技术的企业间的技术保密和竞争十分剧烈，开展具有自主产权的薄带连铸技术7究和应用迫在眉睫。本，C以宝钢薄带连铸技术产业化研究项目为背景，主要围绕薄带连铸技术中影响铸带质

2、量的一个重要因素——髂池钢水液位的检测与控制技术的研究展开。结合对实验和现场实际的分析，设计了一个可在工业现场下应用的熔池钢水液位传感器以及相应的图像识别和处理方案。考虑到液位系统的非线性、时变等因素，采用自适应模糊控制作为熔池钢水液位系统控制策略，并对直接和间接模糊自适应控制算法进行研究，提出了加速白适应模糊控制器，为实现对实际熔池液位系统精确、快速的有效控制打下基础。本论文的主要贡献是：1．设计了可应用于薄带连铸机熔池钢水液位检测的CCD传感器。薄带连铸熔池钢水液位的检测环境具有高温、高亮、强干扰，因此选用CCD液位传感器进行检测。目前CCD在这一领域的具体应用技术上

3、无可借鉴，所以我们针对某一薄带连一■巩设计了CCD液位传感器的硬件结构及软件流程。考虑到此传感器是应用在工业场所，需严格保证其可靠性，因此设计了双侧CCD法以识别出真实的钢水与结晶辊边缘，从而实现对熔池钢水液位高度的检测。2．针对薄带连铸熔池钢水液位系统的特性，在确保闭环系统全局稳定性的条件下，设计了间接型和直接型加速自适应模糊控制器。薄带连铸熔池钢水液位系统是非线性，时变，并且存在不可测参数的系统，因此很难建立精确的数学模型。针对这类非线性系统，在已知不同类型模糊规则的条件下，分别提出了间接型和直接型加速自适应模糊控制器，并通过Lyapunov定理证明了在放宽稳定性条件

4、的前提下仍可保证系统全局稳定。3．证明了针对薄带连铸熔池钢水液位这类非线性系统设计的间接型和直接型加速自适量T．H·应模糊控制器可以使系统误差收敛到平衡点附近的一个小邻域内。系统稳态误差是评价系统性能的重要指标之一，本文以Lyapunov函数为基础，证明间接和直接型加速自适应模糊控制可以使系统误差收敛到平衡点附近的一个小邻域内，并且与监督自适应模糊控制器相比，这个邻域更小。通过仿真证明，加速自适应模糊控制器的稳态误差收敛到一个很小的范围内。4．推导出了加速控制器的最优形式以保证系统获得最短的调整时间。系统的调整时间是评价系统动态性能的另一个重要指标。当Lyapunov函数

5、二阶导数为零时，系统会以最快速度稳定，此时调整时间最短，在此基础上推导出加速控制器的最优形式。通过仿真证明，系统性能有明显提高。5．提出了间接型和直接型加速自适应模糊控制器的参数设定方法。在自适应模糊控制器中自适应律系数一般是根据经验选择，难度较大。本文则采用数学的方法推导出间接自适应模糊控制器中的两个自适律系数和直接自适应模糊控制器中的一个白适律系数的取值范围。另外，还从理论上给出进行仿真的步长的选取范围。通过仿真证明了给定范围的正确性。关键词：薄带连铸，CCD液位传感器，液位控制，间接自适应模糊控制，直接自适应模糊控制，加速控制器II-‘一，J《。，，}^～●Abst

6、ractMeaSUrementandCOntrOIStrategyforMOItenSteeILeVeIOfStrIpCaStingAbstractSt邱castingisaIladVancedtechnologyinthemetaUurgicalfield．Ithasdr删lsignificantinterestrecentlybecauseproductioncostscanbegreatlyreducedbyitseliminatingthesubsequenthotr0Uingprocesses．Besides，somematerialsdimculttobero

7、lled柚dnewspecialonescanbeproducedusingrapidsolidificationcharacteristicsofthestripcastingprocess．HoweVerthistechnologyisstiuimmatureandthemethodofcontmldesignforasystemofthisl【indisnotweUdevelopedbecauseofitscomplicacywithrequirementstohighprecisionandfastspeed．Inad