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本文了详细研究加热炉DDC系统的各种控制算法,建立了加热炉简化的机理数学模型,以作为离线闭环模拟的调试环境。炉子模型以炉膛能量平衡方程、钢坯和炉围的热传导方程为基础,通过三组方程耦合求解,得到动态条件下的炉气温度,以及钢坯和炉围的温度场。
为使离线模拟更接近于实际控制系统,将模型的解扩展到炉温,从而实现了离线闭环模拟。为此,推导了一般条件下的炉温公式,使之适用于动态条件,因而具有更普遍的意义。此外,本公式也比较简洁,便于在线计算。
在各种控制策略研究中,以炉温设定值sp的突变、钢坯产量的突变和燃料低发热量的随机性变化作为典型扰动工况,进行动态模拟研究。采取临界比例度法对PID控制参数进行工程整定,在PID算法中引入了一系列改进措施,如抗积分饱和、智能积分等。
初步研究了模糊和PID的结合,模拟结果表明四种混合结构的动静特性均比较好,其原因在于模糊控制加速了过渡过程,而积分作用则改善了静态特性,这些策略可用于在线控制。
为克服基本模糊算法的缺点,采用一系列高级模糊控制算法,其中包括“在线模糊推理合成算法”、“带修正因子模糊控制算法”和“自调整模糊控制算法”等,以解决参数选取和参数适用范围方面的困难,较全面改善系统的动态和稳态控制品质,从而满足加热炉大幅度动态操作的控制要求。
在控制算法中对各种量进行了无因次化处理,使编制的软件具有较好的灵活性和可移植性。