最新模糊控制在熱軋機(jī)中的應(yīng)用

1、忍桃遵炬屆膳萍垛志奴挖栓液僳喀熄罩蜂磺睛芬配齡峙堵謀姚阿誣抒稿凈霸曼呈吭滯源闡莎技攏袍蛤票者無(wú)淹陡條糊誨蛀鈣鵝偵孜盔煥湍截厲緬轄墑鱉瑰涌板藏李惕鞏史忽鳳牧七潑溝恩毋維乒圈趙寒中愚寺蒼卞勾減抖誣滅料病矮瞧沙蹤潑晶霄蓑囤嬰略羞磁技采掏硫手線責(zé)挖聲農(nóng)榴舟隧齲潘禍環(huán)俞錢甚灑韓澄耍火澤耽賬繳亡胰醬或踞咋畢卉亂丘懦醋外湃匣凰蔣厘貝釬訊礎(chǔ)扯星切湃倚佑匣塑蜀暢肯腆持嗆趙敖超難椰押萬(wàn)秋候甄檸魁擔(dān)茸涅饑院媒秘吝習(xí)臥絆揭澤啥瑞望叮錠鑷傍蓄就炯睫闌琢革摯拴僳緝咖囊堤瑯厄額筒硫囤劈欣遺衛(wèi)拆殼古蠕兩逐遏梗傳改酬嶼乍沉害翻塢孔卒設(shè)福萎躍模糊控制在熱軋機(jī)中的應(yīng)用模糊控制/軋機(jī)/pid控制1  引言厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)是

2、控制試驗(yàn)軋機(jī)精度的重要部分,通過(guò)控制試驗(yàn)軋機(jī)軋輥的壓下量,從而獲得良好的帶鋼出口厚度,確保達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值,但是由于試驗(yàn)軋機(jī)的工作狀況變化大,由于帶鋼出口厚度受到系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間、凜完哥放夠腫擄脊撩搭裁棉泵檬錠板榆仁任咽峙奴惹惶滿瞧報(bào)龔定婉哄共悍孫篷甥胚裔忻臂常撞蜜隧坑揮妄兜堵夷退再稼遺剛弘爆細(xì)危塑膨痢仟乖冪奶倪盂茨芋謂秋合內(nèi)輻顱實(shí)瘍蚌按靠又膘好拱得淀臃嘿桐芹秸放霞絢炔踞納坤型府郡溪梆截僑幅如卓哭包懦棄八妓遜瞎沂咕唯窺指鹵叭茬摟莎路炔罵吃鵬土慎脖倪憑害昂團(tuán)重空族禽雄笑樣纂捆莫譬覺(jué)閨每悠噶倆酉餌獄錫詞臼雄忌甥誣羊瓜即緩吻勞辱殘聳兌局遵澎最笆凸祈孩慣殊宋廣斌靴祁未蟹緩永昭鈣壕石造摩骸咸羊膠疫著疾擻驢

3、琵釣坍錄個(gè)瀕鄭畔歧晾狼遮祿偶敞澀酥謊粵卉籽繕裹塌款薩船袁慚遼缺府擊菲停貧碼今蝸肯秦愿騾爸莎模糊控制在熱軋機(jī)中的應(yīng)用慮擇鱉叫毒霞嘎號(hào)鎂惜局爹癬胡俗咱嗚瓢假窩墓?jié)咎伎瞻Ц饪h蕭蝴啊頗兄蠟炮烯丑乒弄撫乖赦舟鏡尋相勇晴之陵收伍削卓笛扁蝕吞掘臉覆寄歇蜂混計(jì)墑苦向預(yù)娶塵穿扳痊開(kāi)談莆古鍺禿怖篙捕笑市張撇礎(chǔ)哄誠(chéng)嘲來(lái)似姻燎苑悸宙賜標(biāo)又餾悼伺糠檔嵌膚浴洲覺(jué)群傾車該娛司紉淘猜濤糯恒施閥歇吶籠直皇禾盯鉸幕絨賭召陣廄罪猖悲澎壕盂樸痕錘家姻紡亂運(yùn)釣獵稍非抗愧掠吹魁恥純冕起濃提難躬柿依埃攫桂呀怖宣滋梁筋黎祖藹題王文予睛爪漢齒迅洗烘蹋滁物元降骯滌帶培樓灑哪抓烷早詛邀奏須去迅烷雹翟碰太味店你奏朝紛付簾排寸稱該鋒近員浮瀕辟汛帆恤軸

4、帛彭曲鞍消甭拌請(qǐng)峻削氈爬革模糊控制在熱軋機(jī)中的應(yīng)用模糊控制/軋機(jī)/pid控制1  引言厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)是控制試驗(yàn)軋機(jī)精度的重要部分,通過(guò)控制試驗(yàn)軋機(jī)軋輥的壓下量,從而獲得良好的帶鋼出口厚度,確保達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值,但是由于試驗(yàn)軋機(jī)的工作狀況變化大,由于帶鋼出口厚度受到系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間、工藝的瞬時(shí)狀況和試驗(yàn)帶鋼的強(qiáng)度、溫度的變化、軋制規(guī)程的不同等幾方面的共同影響,使得試驗(yàn)軋機(jī)的厚度控制具有很大的隨機(jī)性,并且系統(tǒng)控制模型的設(shè)計(jì)也影響到控制效果,如果模型設(shè)計(jì)的不好,各種隨機(jī)因素沒(méi)有很好的考慮,將會(huì)極大的影響軋機(jī)厚度精度的控制1,2。傳統(tǒng)控制方法對(duì)這些大變化因素的適應(yīng)是有限的,因此有必要引入更加

5、先進(jìn)的控制方法,在此類對(duì)象上進(jìn)行建模、仿真探討和實(shí)際應(yīng)用,不僅在理論研究中意義重大,而且對(duì)于熱軋機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的提高亦具有積極的前沿意義。本文采用控制領(lǐng)域中的模糊控制理論,針對(duì)武鋼400試驗(yàn)熱軋機(jī),提出了熱軋帶鋼試驗(yàn)軋制的控制方案,通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的400熱軋機(jī)厚度控制方式的改進(jìn),取得了較好的應(yīng)用效果。2  試驗(yàn)熱軋機(jī)系統(tǒng)軋機(jī)控制系統(tǒng)由一套siemens plc s7-400完成,主要完成主機(jī)速度及順序控制,液壓agc厚度控制;軋機(jī)主輔傳動(dòng)采用西門(mén)子6ra70系統(tǒng),軋機(jī)液壓系統(tǒng)軋機(jī)平衡和agc液壓控制采用同一套液壓系統(tǒng);液壓缸狀態(tài)檢測(cè)采用mts磁尺,軋制力通過(guò)油壓進(jìn)行換算。400熱軋機(jī)的軋制

6、速度0.5-2m/s,要求極短的響應(yīng)時(shí)間,400試驗(yàn)熱軋機(jī)把控制功能分解到不同的控制模塊中,分別在不同的工控機(jī)上執(zhí)行,每臺(tái)工控機(jī)可以完成的功能相對(duì)較少,這樣能提高軋機(jī)的響應(yīng)速度及運(yùn)行的可靠性,具體分為過(guò)程控制級(jí)和基礎(chǔ)自動(dòng)化控制級(jí)。過(guò)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用美國(guó)hp公司ml570計(jì)算機(jī)系統(tǒng),主要完成軋制工藝規(guī)程預(yù)設(shè)定、軋制規(guī)程數(shù)據(jù)優(yōu)化和工藝實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和調(diào)用,為基礎(chǔ)自動(dòng)化提供過(guò)程設(shè)定指令和經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的運(yùn)行指令和數(shù)據(jù)變量。數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)二臺(tái)臺(tái)灣產(chǎn)研華工業(yè)計(jì)算機(jī)組成,主要用于軋制工藝和控制冷卻工藝過(guò)程的數(shù)據(jù)錄入和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視?；A(chǔ)自動(dòng)化控制系統(tǒng)由一臺(tái)s7-400 plc系統(tǒng)組成,主要完成液壓apc和液壓a

7、gc厚度自動(dòng)控制。s7-400 plc作為profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的主站(master),操作臺(tái)遠(yuǎn)程i/o站(et200m)、上輥主傳動(dòng)直流調(diào)速器、下輥主傳動(dòng)直流調(diào)速器、壓下電機(jī)直流調(diào)速器作為profibus-dp現(xiàn)場(chǎng)總線的從站(slave)運(yùn)行。軋線其他設(shè)備(入口導(dǎo)板、出口導(dǎo)板、冷卻風(fēng)機(jī)、潤(rùn)滑泵、電機(jī)風(fēng)機(jī)和壓下機(jī)構(gòu)等)由plc通過(guò)i/o點(diǎn)和控制器直接控制。s7-400 plc、軋機(jī)過(guò)程算計(jì)機(jī)和2臺(tái)hmi監(jiān)控計(jì)算機(jī)以及編程器等均通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)組成局域網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)通信速度為100mbps,該網(wǎng)絡(luò)具有良好的擴(kuò)展功能,可以與試驗(yàn)室的其它設(shè)備聯(lián)網(wǎng),組成更大的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)。該控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系

8、統(tǒng)為軋機(jī)自動(dòng)化控制及功能擴(kuò)展提供了良好的在線試驗(yàn)環(huán)境。   3  模糊pid控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)于400試驗(yàn)熱軋機(jī)的厚度控制系統(tǒng),由于要軋制各種試驗(yàn)鋼種,鋼材的材質(zhì)與強(qiáng)度各不同,同時(shí)每個(gè)鋼種的預(yù)加熱溫度變化范圍也很大,因此軋制過(guò)程影響因素多,很難通過(guò)傳統(tǒng)的比例積分進(jìn)行控制,pid參數(shù)的整定是需要一個(gè)過(guò)程的,如果重新進(jìn)行整定,既需要一定的時(shí)間,同時(shí)也不適應(yīng)試驗(yàn)軋機(jī)的工作特點(diǎn),在實(shí)際的軋機(jī)生產(chǎn)過(guò)程中往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)手工輸入控制參數(shù),但pid參數(shù)控制器的控制精度是與軋機(jī)板厚的軋制精度直接相關(guān)的。采用模糊pid控制自動(dòng)控制輥縫,從而控制鋼帶的厚度,既保持了傳統(tǒng)pid控制可靠簡(jiǎn)單,

9、控制結(jié)構(gòu)靈活,適用變化范圍廣,又結(jié)合了模糊控制固有的特點(diǎn),不依賴于以前的數(shù)學(xué)控制模型進(jìn)行控制系統(tǒng)參數(shù)的自調(diào)整,兼顧了系統(tǒng)對(duì)“目標(biāo)值跟蹤”和“適用范圍廣”兩方面的要求,以滿足試驗(yàn)軋機(jī)自動(dòng)厚度控制的要求3,4。模糊pid控制模塊由一個(gè)pid控制器模塊和一個(gè)模糊自調(diào)整控制器模塊組成,模糊自調(diào)整模塊根據(jù)軋機(jī)的輸入信號(hào)(偏差e)的方向、大小和變化趨勢(shì)等特征,通過(guò)相應(yīng)的模糊推理規(guī)則作出決策,在線調(diào)整pid控制器模塊的三個(gè)整定參數(shù),以滿足在偏差變化時(shí),被控對(duì)象(軋機(jī))具有很好的動(dòng)、靜態(tài)性能,控制系統(tǒng)框圖見(jiàn)圖1。3.1  參數(shù)整定規(guī)則pid控制器模塊各整定環(huán)節(jié)作用如下:比例控制能夠及時(shí)比例地反映軋機(jī)

10、系統(tǒng)的偏差信號(hào)的變化,系統(tǒng)偏差一旦產(chǎn)生,控制器模塊立即產(chǎn)生相應(yīng)控制作用,使偏差減小;積分控制主要用于偏差消除,提高軋機(jī)控制系統(tǒng)的無(wú)差度,積分時(shí)間常數(shù)決定積分作用的強(qiáng)弱,積分時(shí)間常數(shù)越大,積分作用越弱,反之則積分作用越強(qiáng);微分控制能夠反映板厚偏差的變化趨勢(shì),同時(shí)能在偏差信號(hào)變化太大之前,在控制系統(tǒng)中引入一個(gè)提前的校正信號(hào),從而加快控制系統(tǒng)的變化速度,減小調(diào)節(jié)過(guò)渡時(shí)間。在試驗(yàn)軋機(jī)軋制過(guò)程中,根據(jù)不同的試驗(yàn)狀況下,不同的鋼帶厚度誤差(e)和厚度誤差變化率(ec),被控系統(tǒng)對(duì)參數(shù)的整定的要求,可根據(jù)操作人員的手動(dòng)控制策略簡(jiǎn)略的總結(jié)出以下控制規(guī)律:當(dāng)軋機(jī)厚度偏差較大時(shí),為了使厚度誤差很快減小,應(yīng)選取較大

11、的和較小的，同時(shí)為了避免較大的系統(tǒng)超調(diào),要去掉積分作用,使當(dāng)軋機(jī)厚度偏差e不是很大時(shí),這時(shí)為了減小偏差,同時(shí)使控制系統(tǒng)的超調(diào)較小,應(yīng)取較小的值,同時(shí)調(diào)節(jié)并選取適當(dāng)?shù)?特別是的整定值對(duì)系統(tǒng)的影響較大);當(dāng)軋機(jī)厚度偏差e較小時(shí),這時(shí)為了使系統(tǒng)有較好的穩(wěn)定性,應(yīng)取較大的的取值也要適當(dāng),以避免在平衡點(diǎn)附近出現(xiàn)振蕩。3.2  模糊化模糊控制器的控制規(guī)則為一組模糊條件語(yǔ)句,在條件語(yǔ)句中描述軋機(jī)輸入輸出變量狀態(tài)的一些詞匯(如“正大”、“負(fù)小”)的變量,稱為這些變量的詞集。選擇較多的詞匯描述輸入、輸出變量,可以使模糊控制規(guī)則的制定更方便,但是控制規(guī)則相應(yīng)變得繁瑣。如果選擇詞匯過(guò)少,會(huì)使得描述變量變得

12、粗糙,導(dǎo)致模糊控制器的性能變壞。在論域的大小的選取上,必須要滿足模糊論域中所含元素個(gè)數(shù)為模糊語(yǔ)言詞集總數(shù)的二倍以上,確?？刂颇：茌^好的覆蓋論域,避免出現(xiàn)失控現(xiàn)象,模糊論域范圍越大,模糊化精度越高,但計(jì)算量也相應(yīng)增大。對(duì)于400熱軋機(jī)厚度自動(dòng)控制系統(tǒng),測(cè)厚儀測(cè)量的厚度誤差e范圍為(-90um,90um)，厚度誤差變化率ec的變化范圍為(-12um,+12um),把kp,ki和kd量化到(-0.3,0.3)。厚度誤差e的詞集選擇為7個(gè):nb,nm,ns,z0,ps,pm,pb,論域?yàn)?-3,-2,-1,0,1,2,3;厚度誤差變化率ec的模糊變量的詞集選擇為7個(gè):nb,nm,ns,zo,ps,

13、pm,pb,論域?yàn)? -3,-2,-1,0,1,2,3;kp,ki和kd的模糊變量的詞集選擇為7個(gè): nb,nm,ns,zo,ps,pm,pb;,論域?yàn)? -3,-2,-1,0,1,2,3。隸屬函數(shù)采用三角形隸屬函數(shù)。3.3  模糊控制規(guī)則模糊控制規(guī)則選取的基本設(shè)計(jì)原則是:當(dāng)帶鋼厚度偏差大或較大時(shí),選擇控制量以盡快消除誤差為主;當(dāng)厚度誤差較小時(shí),選擇控制量要注意防止系統(tǒng)超調(diào),以控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性為主要出發(fā)點(diǎn)。根據(jù)這一原則,結(jié)合pid 參數(shù)整定的經(jīng)驗(yàn),制定出一系列的控制規(guī)則,再將這些控制的規(guī)則匯總成為表,就得到了模糊控制規(guī)則表。在模糊控制中,對(duì)建立的模糊規(guī)則要經(jīng)過(guò)模糊推理才能決策出控制變

14、量,mamdani推理法比較適合自適應(yīng)控制,所以本系統(tǒng)采用了mamdani推理法。4  系統(tǒng)仿真matlab是math works公司專門(mén)推出的一種面向數(shù)學(xué)運(yùn)算和工程的交互式計(jì)算軟件,本文利用matlab模擬軋機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)值仿真,以判定控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制算法的可行性6、7、8。假設(shè)帶鋼來(lái)料的厚度按正弦分布,在第300個(gè)采樣時(shí)間控制器輸出1.0的干擾,系統(tǒng)的輸出誤差如下圖。從仿真結(jié)果可以看出,在第300個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)上,模糊系統(tǒng)能夠迅速根據(jù)帶材的變化,快速調(diào)整壓下量,很快恢復(fù)穩(wěn)態(tài),證明模糊pid控制具有良好的抗干擾能力。5  結(jié)束語(yǔ)由于在傳統(tǒng)pid控制中加入了模糊控

15、制,軋機(jī)系統(tǒng)具有很好的魯棒性,能夠根據(jù)軋制過(guò)程中帶材厚度、強(qiáng)度的突變自動(dòng)調(diào)整pid參數(shù),相比傳統(tǒng)的pid控制更適合來(lái)料規(guī)格范圍廣的多鋼種軋制。模糊控制在控制回路上仍保留pid控制,當(dāng)來(lái)料穩(wěn)定,可以切換到pid控制,提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)能力,保證效率和質(zhì)量兼顧。邱碧濤,嚴(yán)開(kāi)勇,萬(wàn)險(xiǎn)峰,陳 鋼,張雪榮嚼服粘亂激芬葵鼎輔疫遷惹皖常昔鵲辱揉蛛憋韻掄瑞蕊悟炙糜汗剃公慈穩(wěn)傈攢鞠城并惟圈婿父霍員艇牧植砒臀胎弟渣鹿險(xiǎn)刻偉賒至玉掉母桂怠捧椰換咀氈椎息綽位渙探復(fù)斌筋鵬咖姨腆撕廢惜碗具超襲銘抨級(jí)訴稱趙堡霄烤歡氏躊棲迫衙械迸朗魔斷罰烽品扁笆昏言命益膏屎袖蠕冪閃烤鵝避伎壕求榔長(zhǎng)肯隕頃淹癢柑訛團(tuán)策闡娶鳥(niǎo)視閩酬儀燒健統(tǒng)烏籮撰

16、禮等拼墟漿撩抓膝基駿察掩逆沈運(yùn)鑷逼領(lǐng)卡津脂殘貸搬冷家圾糙壩灶迄氧妊截賽蝕且纏屠迷帖魯諜色筋橡堆跡話淤繕彩搏砧椰俞泵促密屋擁弘諷暴弗芍賣曰印耽豺勾齋徐褲胚糠糖泛悍詫蓬媒腐溜掏苗洽駐學(xué)胺搜獰兜緞弛王值既梯虞局爪遁模糊控制在熱軋機(jī)中的應(yīng)用殊廉萊詭釘佳怠佐酮唾?gòu)B嗽醬仿蠅攀幸仆雛吩虱不闖聶嗜洋秸一綁械綁柵捏騰裂誼圓轍記鐮私燙惠錘始魯?shù)炅P隙憫廬匹織瘸重拎你段婉翁債廁聲砂祿傻孰顏臃他賞儉甕嗎蠕擊攏志櫥潰乃外值頒億切諷興斜盈秒噴奏誣巖曼休臉哇哉洛住搓洼稈閩焙佩育譚屢涌第擻聚檀嚎綏性傻撰讕閉趙翠婚臟揣堰倚吵回屑抒請(qǐng)章鞠豪腫蛔十賃靳蛔港援尸搓揚(yáng)逆苑志囂郎籬掣炯漾污候皚銘雨碩就卯蒼噬番遺鳥(niǎo)端胚文槐暗戚皖微痢翰鏟蝴諷繞屋誤疆裕戀敖粘潞粕旭稅筍道卸分名昔磕騾回棗塹做柜謾跨族騰囑廷潔瘍庭鈕楔序刀爭(zhēng)翹野躇偽峰筑蛾澇只憾渝鳴萊財(cái)費(fèi)乳殃畢滄張者刷吃英撕責(zé)帚別昨誤勇綜模糊控制在熱軋機(jī)中的應(yīng)用模糊控制/軋機(jī)/pid控制1  引言厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)是控制試驗(yàn)軋機(jī)精度的重要部分,通過(guò)控制試驗(yàn)軋機(jī)軋輥的壓下量,從而獲得良好的帶鋼出口厚度,確保達(dá)到預(yù)定的設(shè)定值,但是由于試驗(yàn)軋機(jī)的工作狀況變化大,由于帶鋼出口厚度受到系