模糊控制在热轧机中的应用.doc

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1、模糊控制在热轧机中的应用模糊控制/轧机/PID控制1 引言厚度自动控制系统是控制试验轧机精度的重要部分,通过控制试验轧机轧辊的压下量,从而获得良好的带钢出口厚度,确保达到预定的设定值,但是由于试验轧机的工作状况变化大,由于带钢出口厚度受到系统的反应时间、工艺的瞬时状况和试验带钢的强度、温度的变化、轧制规程的不同等几方面的共同影响,使得试验轧机的厚度控制具有很大的随机性,并且系统控制模型的设计也影响到控制效果,如果模型设计的不好,各种随机因素没有很好的考虑,将会极大的影响轧机厚度精度的控制[1,2]。传统控制方法对这些大变化因素的适应是有限的,因此有必要引入更加先进的控

2、制方法,在此类对象上进行建模、仿真探讨和实际应用,不仅在理论研究中意义重大,而且对于热轧机自动化技术的提高亦具有积极的前沿意义。本文采用控制领域中的模糊控制理论,针对武钢400试验热轧机,提出了热轧带钢试验轧制的控制方案,通过对现有的400热轧机厚度控制方式的改进,取得了较好的应用效果。2 试验热轧机系统轧机控制系统由一套SIEMENSPLCS7-400完成,主要完成主机速度及顺序控制,液压AGC厚度控制;轧机主辅传动采用西门子6RA70系统,轧机液压系统轧机平衡和AGC液压控制采用同一套液压系统;液压缸状态检测采用MTS磁尺,轧制力通过油压进行换算。400热轧机的轧

3、制速度0.5-2m/s,要求极短的响应时间,400试验热轧机把控制功能分解到不同的控制模块中,分别在不同的工控机上执行,每台工控机可以完成的功能相对较少,这样能提高轧机的响应速度及运行的可靠性,具体分为过程控制级和基础自动化控制级。过程计算机系统采用美国HP公司ML570计算机系统,主要完成轧制工艺规程预设定、轧制规程数据优化和工艺实验过程数据存储和调用,为基础自动化提供过程设定指令和经过优化后的运行指令和数据变量。数据监控系统二台台湾产研华工业计算机组成,主要用于轧制工艺和控制冷却工艺过程的数据录入和运行状态监视。基础自动化控制系统由一台S7-400PLC系统组成,

4、主要完成液压APC和液压AGC厚度自动控制。S7-400PLC作为PROFIBUS-DP现场总线的主站(Master),操作台远程I/O站(ET200M)、上辊主传动直流调速器、下辊主传动直流调速器、压下电机直流调速器作为PROFIBUS-DP现场总线的从站(Slave)运行。轧线其他设备(入口导板、出口导板、冷却风机、润滑泵、电机风机和压下机构等)由PLC通过I/O点和控制器直接控制。S7-400PLC、轧机过程算计机和2台HMI监控计算机以及编程器等均通过工业以太网交换机组成局域网,网络通信速度为100Mbps,该网络具有良好的扩展功能,可以与试验室的其它设备联网

5、,组成更大的工业控制网络。该控制系统和数据采集系统为轧机自动化控制及功能扩展提供了良好的在线试验环境。  3 模糊PID控制系统的设计对于400试验热轧机的厚度控制系统,由于要轧制各种试验钢种,钢材的材质与强度各不同,同时每个钢种的预加热温度变化范围也很大,因此轧制过程影响因素多,很难通过传统的比例积分进行控制,PID参数的整定是需要一个过程的,如果重新进行整定,既需要一定的时间,同时也不适应试验轧机的工作特点,在实际的轧机生产过程中往往根据经验手工输入控制参数,但PID参数控制器的控制精度是与轧机板厚的轧制精度直接相关的。采用模糊PID控制自动控制辊缝,从而控制钢带

6、的厚度,既保持了传统PID控制可靠简单,控制结构灵活,适用变化范围广,又结合了模糊控制固有的特点,不依赖于以前的数学控制模型进行控制系统参数的自调整,兼顾了系统对“目标值跟踪”和“适用范围广”两方面的要求,以满足试验轧机自动厚度控制的要求[3,4]。模糊PID控制模块由一个PID控制器模块和一个模糊自调整控制器模块组成,模糊自调整模块根据轧机的输入信号(偏差e)的方向、大小和变化趋势等特征,通过相应的模糊推理规则作出决策,在线调整PID控制器模块的三个整定参数,以满足在偏差变化时,被控对象(轧机)具有很好的动、静态性能,控制系统框图见图1。3.1 参数整定规则PID控

7、制器模块各整定环节作用如下:比例控制能够及时比例地反映轧机系统的偏差信号的变化,系统偏差一旦产生,控制器模块立即产生相应控制作用,使偏差减小;积分控制主要用于偏差消除,提高轧机控制系统的无差度,积分时间常数决定积分作用的强弱,积分时间常数越大,积分作用越弱,反之则积分作用越强;微分控制能够反映板厚偏差的变化趋势,同时能在偏差信号变化太大之前,在控制系统中引入一个提前的校正信号,从而加快控制系统的变化速度,减小调节过渡时间。在试验轧机轧制过程中,根据不同的试验状况下,不同的钢带厚度误差(E)和厚度误差变化率(EC),被控系统对参数的整定的要求,可根据操