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涂层炉口带钢纠偏控制系统的研究

周怡潇  
【摘要】: 带钢纠偏装置是带钢生产线上必不可少的重要设备,它对于确保带钢无故障传输、保障带钢生产质量具有重要意义。本课题是针对某硅钢厂热处理生产线涂层炉口的带钢纠偏控制系统进行设计与改进的。 通过现场考察,带钢纠偏装置的工作环境:涂层炉的工作温度约为500度,涂层炉口的温度为150度以上,条件恶劣。原有的带钢纠偏装置属气动纠偏,冲击大,气缸容易损坏,气阀极易堵塞,长因故障引起停车;而且由于是极限式纠偏,极易对带钢边缘造成撞痕或使带钢表面产生擦伤,影响带钢产品质量。 针对原有带钢纠偏装置存在的主要问题,本文从以下几个方面进行设计与改进。 首先,由液压伺服系统取代原有的气动纠偏装置推动纠偏辊进行纠偏。所做的工作为设计液压伺服系统原理图,按照控制系统的基本要求,对主要液压元件进行选型,并对所设计的液压系统进行校验。 其次,在液压系统的建模问题上,本文采取了一种更为准确和先进的建模方法:根据液压系统的压力平衡方程、流量连续性方程以及力平衡方程,在Simulink中建立液压泵、溢流阀、伺服阀、液压缸和容腔等子系统的模型,并按工作原理,搭建液压系统仿真模型,通过参数定义界面,能够方便地修改模型参数。 在控制算法的设计上,本文具有一定的针对性。带钢偏移信号在采集过程中,由于涂层炉出口处的温度为150度以上,温度较高,且传感器的安装还受到现场设备制约等因素,提出将传感器的实际安装位置定为距离涂层炉出口处5米远,滞后检测。对于引入的纯滞后环节,本文研究了基于Smith预估补偿的模糊PID控制算法。 仿真过程中,分别对时滞系统施加了扰动、造成模型失配和更改模型参数,对在PID,PID-Smith,fuzzy PID-Smith控制下的系统响应曲线作了详细的分析和比较。最后得出结论:采用fuzzy PID-Smith控制,用Smith来实现对滞后特性的补偿;用模糊参数自整定PID控制器代替普通PID控制器,可以发挥模糊控制的灵活性和PID控制的高精度性,进一步提高系统的控制精度和鲁棒性。 在算法的软件实现方面,本文选择了适用于工控领域的可编程控制器。为控制系统进行了PLC硬件设备的选取,并通过软件编程实现了对带钢纠偏的控制。 最后,在实验室完成了实验平台的搭建和对实验过程的模拟与总结。实验论证了由于采用可靠性更高的和更适合于本运行系统的fuzzyPID-Smith控制算法,系统的控制精度、运行平稳性、可靠性方面都有较大的提高,系统具有较好的抗干扰能力和鲁棒性。


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