基于神经网络模糊PID的辊道窑烧成温度时滞控制策略研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于神经网络模糊PID的辊道窑烧成温度时滞控制策略研究张植豪二〇一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501025广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于神经网络模糊PID的辊道窑烧成温度时滞控制策略研究张植豪校内导师姓名、职称:杨海东教授学科(专业)或领域名称:机械工程学生所属学院:机电工程学院论文答辩日期:2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofE

2、ngineeringScience)ResearchonTime-delayControlStrategyofRollerKilnSinteringTemperaturebasedonNeuralNetworkFuzzyPIDCandidate:ZhangZhihaoSupervisor:Prof.YangHaidongMay2018FacultyofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要随着陶瓷

3、制品生产向高质量、高效率、低能耗、低污染的方向发展，其关键设备辊道窑烧成温度的大时滞性控制问题越来越突出。因此，迫切需要深入研究辊道窑烧成温度控制策略以达到对温度的有效控制。模糊PID控制和神经网络PID控制是我国辊道窑温度控制中较先进的控制策略，但模糊控制自适应能力差而神经网络不太适合规则的知识表达，当辊棒速度、陶瓷坯体接触面积等工况变化引起温度突变时易导致裂纹、爆砖等严重的质量问题且能源效率较低。因此，对于辊道窑烧成温度的大时滞性控制问题，控制策略性能的优劣在很大程度上决定了陶瓷坯体的烧成品质和能源的利用效率。本文的研究重点主要集中在两个方面：辊道窑

4、烧成温度动态特性模型的建立与优化和辊道窑温度大时滞性问题有效的控制策略研究。首先基于辊道窑温度控制机理和热力学定律建立了烧成温度动态特性模型；针对PID控制器对小时滞性过程有比较好的控制效果而对大时滞过程控制不敏感的问题，提出一种烧成温度动态模型优化设计方法；接着通过研究现有温度控制策略的优劣，提出了一种解决辊道窑温度大时滞性控制的有效的控制策略——神经网络模糊PID控制策略。本文取得的研究成果有：（1）基于辊道窑能耗特性，建立了辊道窑烧成温度动态特性模型。首先基于辊道窑烧成温度制度控制机理，重点分析了辊道窑高温烧成带的能耗特性；依据热力学定律建立了辊道

5、窑烧成温度动态特性模型，揭示了辊道窑烧成过程中燃气、助燃空气与烧成温度的关系。（2）针对PID对小时滞性控制效果显著的优势，提出了一种动态模型优化设计方法。依据传递函数串并联可以调节时滞环节的特性，将辊道窑温度大时滞对象转化为小时滞性的等效对象以削弱大滞后时间对系统响应性能的影响，模型优化后，1等效滞后响应时间是被控对象的倍；L11（3）针对模糊PID控制和神经网络PID控制的不足，提出了一种适于辊道窑温度大时滞性的有效的控制策略——神经网络模糊PID控制策略。首先将模糊控制知识表达能力强、神经网络很强的自适应能力等优点相结合，基于Simulink比较

6、模I广东工业大学硕士学位论文糊PID控制策略、神经网络PID控制策略、神经网络模糊PID控制策略的控制效果，接着定义了一种烧成温度均匀性评估指标——均匀度评估达到稳态后辊道窑烧成温度的均匀性，验证了神经网络模糊PID控制策略在辊道窑温度控制中的有效性和实用性。综合以上研究，针对当前辊道窑监控系统控制过程与结果显示相分离的问题，实现了道窑烧成温度神经网络模糊PID控制器模块的集成开发与应用。首先将糊神经网络PID控制策略集成，然后基于软件工程思想和Java语言实现辊道窑温度控制系统并将其用于生产实践，达到了比较好的控制效果。关键词：辊道窑；动态特性模型；神

7、经网络模糊PID控制；模块集成IIABSTRATABSTRATTheproblemoflargedelaycontrolofthesinteringtemperatureofrollerkilnisbecomingmoreandmoreprominent,withthedevelopmentofceramicproductsproductioninthedirectionofhighquality,highefficiency,lowenergyconsumptionandlowpollution.Therefore,itisurgenttoresear

8、chthecontrolstrategyofrollerkilnsinterin