1、連鑄機結晶器液位控制系統設計方法      連鑄機已廣泛應用于鋼鐵冶金行業，我國的連鑄比已超過90%，在研究連鑄技術領域中，控制技術在連鑄機中的應用研究最為活躍。而結晶器是連鑄機上的一個關鍵設備，其液位控制精度對提高鋼產量、降低鋼坯生產事故率有著重要的意義。筆者利用模糊控制策略對結晶器液位進行控制，并將設計的模糊控制器應用于實際控制對象。 1傳統的結晶器液位控制系統 11概述 傳統的結晶器液位控制采用的Co60控制系統1，是采用控制拉矯機的拉速來控制結晶器的液位，但這種控制系統液位控制精度較低。后來采用塞

2、棒控制結晶器的液位，這種方法是人工操作，響應速度慢，系統穩定性差。 12塞棒控制結晶器液位 由于塞棒動作的響應時間長，對液位控制非線性度大，甚至還可能出現無規律現象，從而導致對液位控制的不穩定性，而且控制精度低。主要有以下幾個因素： （1）塞棒控制的性狀有影響。例如，含鋁量較高的鋼流澆注時，水口部分容易粘結，從而對鋼流的流動起阻塞作用。 （2）在澆注過程中，塞棒及水口被逐漸熔融、沖刷、侵蝕而改變鋼流通道的尺寸和形狀，這些都將改變鋼流。 （3）由于過程參數的改變，諸如鋼液溫度、中間罐鋼液量，都將對結晶器液位控制產生影響。 13拉速控制結

3、晶器液位 用改變拉速來控制液位，其控制特性曲線是線性的，因此，從理論上說其控制精度是很高的。但拉速是連鑄過程中的重要參數，它取決于下列因素： （1）鑄坯的質量，拉速應按凝固理論的要求來設計；不同的鋼種、斷面尺寸、鋼液過熱度，就決定了相應的冷卻度和拉速。因此，在保證鑄坯質量的前提下，拉速應有上限值。· （2）為提高鑄坯生產效率，拉速應有下限值。 為滿足上述兩個基本要求，拉速應限制在一定范圍內。但另一方面，為滿足結晶器液位控制的精度要求，拉速應動態地跟蹤液位進行調節。因此，應把拉速的調節范圍限制在一個較小的動態范圍內。 14塞棒控制和拉速

4、控制結晶器液位的比較 當澆注普通炭鋼或對質量要求不高的鋼種時，兩種控制手段2均可采用，且應優先使用控制拉速的辦法，因為拉速控制液位是近似線性的。當澆注特殊鋼種，應綜合采用兩種控制方法，因為此時連鑄工藝要求液位穩定，也同時要求拉速穩定，但只要當連鑄工藝過程狀態沒有突變或沒有很大的擾動時，還是應該采用控制拉速的方法，即使出現較大的擾動，也可在拉速控制回路采用前饋調節來消除擾動。因此，對結晶器液位的控制主要應采用拉速來控制。 2模糊控制器設計 21控制系統結構分析 圖21是以拉速控制液位的系統原理圖，將液位傳感器檢測的液位信號與給定的液位信號比較，計算出液位偏

5、差及偏差變化率，并進行模糊化、模糊推理和決策，經過調節因子計算后，送給實際的拉速液位PI控制器進行運算，其輸出控制拉矯機的拉速，從而控制結晶器的液位。模糊控制系統框圖如圖22所示。 22精確量的模糊化 模糊控制器選用二維輸入和一維輸出，輸入變量為結晶器液位誤差正和液位誤差變化率EC，輸出量Z改變拉速PI控制器的P、I參數。其對應的語言值模糊子集選取為：H，M，Z，S，L其中H負大；M負小；Z零；S正小；L正大。并確定偏差月和偏差變化率EC的整數論域為：E：Xe2，1，0，1，2，EC：Xec2，1，0，1，2；輸出量Z的整數論域為：Z：2，1，0，1，2；P比例控制，I積分

6、控制。 為了得到平穩地跟蹤誤差信號，g和EC的隸屬函數選用等距離交叉分配的三角形曲線。如圖23所示。模糊控制器的輸入Z和JC用上述隸屬函數模糊離散化后如表21，輸出Z的模糊化表具有相同的形式。 23模糊控制規則的建立 根據傳統拉速PI控制器控制結晶器液位，依照在MATLAB平臺上二階慣性系統的階躍響應仿真曲線，并根據月和EC推出拉速PI控制器參數的控制規則，建立了模糊控制規則表，如表22和表23。表22為拉速n控制器的比例作用模糊控制規則表，表23為PI控制器的積分作用模糊控制規則表。 模糊推理的經驗為：當偏差E較大時，需加快系統響應速度，取較大的P，同

7、時為防止積分飽和和系統響應出現超調，取較小的I；當E和EC適中時，取適中的P和較小的I；當E較小時，取較大的P和I。 模糊控制規則用模糊條件語句表示為： if E is Ei AND EC is ECi THENP（I）is Pi（Ii），表中每一元素表示了一條規則。根據控制規則可計算出模糊輸出量P和/I的隸屬度。 其中Ei和ECi是E和EC兩前提空間的模糊子集，Pi（Ii）是結論P（I）空間的模糊子集，i1，2，N，N為模糊標記的數目。 楔湖控制規則的推理通過編程在計算機中完成，控制規則采用帶有調節因子的控制算法：UaE（1a）EC，a0，1，一般a取

8、05。 從模糊控制器的調試中發現，輸入變量的論域不僅表示可能涉及的范圍，更重要的是反映了控制器的精度。因此，模糊輸出的精確值需乘以一個比較調節因子，才能作為真正的PI控制器輸入控制參數，以使系統最終達到偏差E0。 2 4解模糊 解模糊就是求出每一個模糊量輸出的精確值，即是對模糊控制信號P或者I的隸屬函數圖形進行解模糊處理。在此采用質量中心法（COG），結合加權平均，計算模糊輸出量P的精確值。其求解公式3為為輸入變量的輸出P模糊標記的隸屬度。x為各模糊標記值。同理可求出I的精確值。 3應用結果分析 將上述設計的模糊控制系統應用于小方坯連鑄機的控制

9、上，經過現場多次測試，其控制結果如圖31所示。由此可以看出：液位控制精度較高，其對應的拉速變化也很平穩。系統采用模糊控制策略后，比常規的拉速液位PI控制效果好，拉速平穩，液位偏差小。 4結束語 模糊控制技術在國外的連鑄機液位控制中已得到應用，通過對結晶器液位控制系統的分析，將模糊控制策略應用于該系統中，克服了常規PI控制系統響應慢、穩定性較差的缺點，取得了比較滿意的控制效果。 參考文獻 1連續鑄鋼手冊M北京：冶金工業出版社，1991 2 Mold Level Control in Continuous Caster如Neural Network Model，WatanabeJISIJ international199