[发明专利]一种基于Fuzzy-PID的连铸结晶器液位控制方法

说明书

技术领域：

本发明属于连铸生产技术领域，特别涉及一种基于Fuzzy-PID的连铸结晶器液位控制方法。

背景技术：

随着钢铁行业技术的进步，市场对钢材产品质量的要求不断提高，连铸作为钢铁生产流程中承上启下的重要环节，直接影响钢材产品质量。连铸结晶器内钢水液位的变化对铸坯质量有重要影响，稳定结晶器内钢水液位对提高铸坯质量和改善浇铸效果意义重大。连铸过程中，结晶器内钢水液位高度应保持在合适范围内，若钢水液位提高，相当于提高了浇铸水口浸入深度，使结晶器传热负荷增大，影响铸坯凝固进程，液位提高还使钢水静压力变大，增加了对铸坯内液芯的压力，易引起鼓肚现象，影响铸坯质量，液位过高甚至会引起溢钢事故。若钢水液位下降，相当于浇铸水口浸入深度降低，易造成卷渣，也不利于钢水中夹杂物上浮，无法保证钢水的洁净，过低的液位还易导致漏钢事故。稳定结晶器内钢水液位对减少铸坯夹渣和夹杂、改善结晶器润滑条件、维持稳定的钢水凝固条件、改善铸坯质量、降低漏钢率和溢流危险及提高连铸机作业率等均有重要作用。

连铸过程中结晶器内各种行为互相交织，相互影响，一系列无法测量的扰动因素的存在也为结晶器内钢水液位的控制带来了诸多困难，这些因素主要为：(1)拉速的波动；(2)中间包出口内钢水不规则流动；(3)结晶器内钢水紊流；(4)结晶器内熔池扰动；(5)钢种；(6)结晶器振动等。目前基于对上述因素的分析，并结合相应的方法和装置，已有相关技术被开发并应用于结晶器液位的控制。例如，申请号为02266583.8的中国发明专利“结晶器液位检测装置”，即在结晶器周围安置一组线圈，通过连接该线圈与交流电源，设计出一种可达到较高检测精度的结晶器液位检测装置；申请号为92216303.0的中国发明专利“测量金属液位用超声波线阵探头”和申请号为200620096044.X的中国发明专利“嵌入式结晶器液位检测系统”也均提出了相应的结晶器液位检测装置，上述相关专利主要解决了结晶器液位检测装置及检测精度的问题，缺乏对结晶器液位控制方法的研究和开发。现有的结晶器液位控制方法，如“炼钢”中的文章“基于Fuzzy-PID的连铸结晶器液位控制新方法”中记载的控制方法，尽管考虑了电机系统、塞棒特性等对液位的影响，一定程度上解决了传统控制方法控制参数调节的问题，但仍缺乏对实际浇铸工艺过程中流量偏差的考虑，从而导致控制效果和精度不够稳定。

通常结晶器液位控制采用的主要方法为PID控制和模糊控制，具体包括模糊控制器直接控制、改进的PID控制及PID控制器与模糊控制器相互切换控制等方法。模糊控制器直接控制解决了系统暂态特性不好的问题，但模糊控制器难以保证系统同时具有良好的稳态特性，此方法很难应用于实践。改进的PID控制方法，特别是调整PID参数法能够解决系统非稳态和模型不确定等问题，但在非稳态浇铸时，系统超调量和调节时间难于精确控制。PID控制器与模糊控制器相互切换的控制方法在理论上综合利用了PID控制器良好的稳态性能和模糊控制器较好的暂态性能，但在实际生产过程中系统的不确定性使得PID控制器很难适应，且PID控制器和模糊控制器切换过程中带来的扰动冲击也相应增大了系统的干扰，容易引起超调现象频繁发生。

发明内容：

本发明就是针对现有浇铸过程中较大钢水液位波动幅度对浇铸带来的不利，提供一种基于Fuzzy-PID的连铸结晶器液位控制方法，即基于模糊(Fuzzy)控制与自调整参数PID控制并行控制，利用模糊控制对自调整参数PID控制中的参数进行在线修正的连铸结晶器液位控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种基于Fuzzy-PID的连铸结晶器液位控制方法，该控制方法在计算机和PLC的控制下，使用自整定参数PID控制和模糊控制混合控制结晶器液位，并加入了塞棒结瘤与结瘤脱落补偿模块、流量偏差补偿模块、机械死区补偿模块及铸坯鼓肚补偿模块；其控制过程的具体步骤如下：

步骤一：数据的采集

设定初始液位y₀，通过液位传感器、液位测量装置采集液位y₁和y₂，其中，y₁、y₂为不同时间的液位；

步骤二：信号的输入及处理