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钢水测温取样枪控制系统是精炼炉系统的一个子系统,主要功能对钢水成分和温度进行测量和取样。炉外精炼的目的是降低钢中的C、P、S、O、H、N等元素在钢中的含量,提高钢的纯净度。
控制测温取样枪运行的核心是控制其电动机的速度。PID控制是电动机速度控制中应用最广泛的一种控制形式,PID控制器结构简单、稳定性好、可靠性高,常用于一些线性定常系统的控制,但对于很多非线性系统,却难以取得理想的控制效果。
基于知识且不依赖于模型的智能控制为解决这类问题提供了新的思路,成为目前提高工业控制质量的重要途经。模糊控制是智能控制研究中最为活跃而富有成果的领域,其中模糊PID控制技术扮演了十分重要的角色,并且仍将成为未来研究与应用的重点技术之一,这是因为PID类型的控制技术在工业过程控制中仍占有主导地位,如果能发现性能优于PID的控制器,且具有类似PID易于使用的特点,无论在理论还是实践上都将具有重要的意义。
本文在控制算法上,研究了PID控制技术和模糊控制技术的理论和方法,分析了数字PID控制系统和模糊控制系统在电动机速度控制方面的优缺点,并针对钢水测温取样枪的工作性能和系统中电动机速度的特点,设计了模糊PID控制器,使之既具有模糊控制快速、灵活、适应性强的特点,又具有PID控制精度高的特点。
本文在控制算法的应用研究中,阐述了模糊PID控制器在西门子S7-400PLC中实现的方法,介绍了在其编程软件STEP7中编制程序实现模糊控制功能的步骤和在西门子监控软件WinCC中实现其监控的方法。
对于钢水测温取样枪控制系统这一类非线性、时变性、滞后性、低稳定性等特性复杂的系统,由快速性和稳定性较好的模糊PID控制器控制,既可以克服其非线性、时变性、滞后性的缺点,又可以保证系统好的静态特性,达到较好的控制效果。采用模糊PID控制方法能明显的消除积分饱和,很大程度上减小超调量,提高系统的控制品质,有效的协调快速性与超调量之间的矛盾,使系统适应能力有所提高,参数间影响减小,并且参数相对容易整定,使系统具有较强的鲁棒性、稳定性、快速性、灵敏性等优点,提高了控制系统的抗干扰能力。