模糊控制技术在中频感应熔炼炉温度控制系统中的研究应用PPt.pptx
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1、1.选题背景及研究意义选题背景及研究意义1.1选题背景选题背景我国经济的高速发展,能源需求的瓶颈效应越发明显 冶炼行业在整个工业生产的能源消耗中占相当的比重,但是耗能高、效率低、性能差,操作水平基本上停留在手工和简单仪表操作的水平,其重要原因是控制理论与计算术紧密结合的应用较少。模糊控制理论在自动化控制方面已取得了辉煌成就:如1974年Mandeni首先研制成功了世界上第一台模糊控制器、日本仙台的地铁控制系统采用模糊控制取得了良好的效果等。模糊控制技术应用从已实现的控制系统来说,它具有易于掌握、输出量连续、可靠性高、能发挥熟练专家操作的良好自动化效果等优点。我国国内熔炼炉温度的控制起步较晚,水
2、平不高,主要表现在算法简单、粗糙,造成温度控制效果不佳,易产生输出控制量的振荡,系统压力不稳定的现象,而且自动化程度不高。1.2选题研究意义选题研究意义 中频感应熔炼炉作为一种新型的机电一体化产品,是目前较为理想的环保、节能型冶炼钢、铁、铝、铜等熔炉设备,其中的温度自动控制系统的性能,将直接影响该产品的质量和性能,以及用户的满意程度,从而影响了产品的市场竞争能力。开展熔炼行业的计算机模糊控制系统研究是很有必要的。因此为中频感应熔炼炉开发出一种价廉物美的温度自动控制系统具有较大实际意义的课题。2.国内外研究领域的动态及发展趋势国内外研究领域的动态及发展趋势2.1国内外研究领域的动态国内外研究领域
3、的动态 目前,不论是国外还是国内的熔炼炉温度的控制都主要采用PID控制。PID控制效果与控制参数的选择有很大关系,而PID参数的整理是一项十分繁琐的工作。虽然PID参数的整理和优化的方法很多,但是传统的非智能整理方法,不能获得到理想的控制效果。目前智能型整定方法如模糊PID、神经网络PID虽然能较好地实现PID控制参数的优化,但需要在线整理,计算量大,使得控制器的负担很重。熔炼炉温度的控制受到被控对象、环境等诸多因素的影响,很难以建立精确的数学模型,采用传统的控制方式,控制器参数选择将是很困难的事。2.2国内外研究领域发展趋势国内外研究领域发展趋势 如今模糊控制已在诸多领域得到了很多成功的应用
4、。基于模糊控制主要是模仿人的控制经验而不是依赖于控制对象的模型,因此模糊控制能近似地反映人的控制行为,无需建立对象的数学模型,有很强的实用性。是现代工业自动控制发展的一种新型趋势。3.拟采用的研究对象、关键技术、技术路线拟采用的研究对象、关键技术、技术路线 3.1.1中频感应熔炼炉温度控制的原工作原理图中频感应熔炼炉温度控制的原工作原理图如下图所示如下图所示:中频电源柜总线接口固态继电器A/D中频感应熔炼炉热电偶温度变送器温度控制系统的原工作原理图温度控制系统的原工作原理图工作原理:由集成的热电偶变送器对系统温度进行检测,并完成信号标准化、变送功能。再由固态继电器控制大功率发热器电源的导通与断
5、开,从而达到控制温度的目的。3.1.2该设备模糊温度控制的初步设想的工作原理图该设备模糊温度控制的初步设想的工作原理图如下图所示如下图所示:中频电源柜总线接口固态继电器A/D中频感应熔炼炉热电偶温度变送器模糊控制器显示屏模糊温度控制系统的工作原理图模糊温度控制系统的工作原理图工作原理:由集成的热电偶变送器对系统温度进行检测,并完成信号标准化变送功能。单片机执行模糊控制功能、由固态继电器控制大功率发热器电源的导通与断开,从而达到控制温度的目的。3.1.3模糊控制系统的组成模糊控制系统的组成模糊控制器采用的是一台微型计算机,它是整个模糊控制系统的核心部分。它是基于模糊知识的表示和规则推理的语言型“
6、模糊控制器”,这也是模糊控制系统区别于其它自动控制系统的特点所在。模糊控制系统的组成如图下图所示。D/A执行机 构被控对 象传感器A/D输出给定值模糊化:这部分的作用是将输入的精确量转换成模糊化量。知识库:由数据库和模糊控制规则库两部分组成,用来保存数据和控制规则。模糊推理:模糊推理是模糊控制器的核心,它具有模拟人的基于模糊概念的推理能力。该推理过程是基于模糊逻辑中的蕴含关系及推理规则来进行的。清晰化:清晰化的作用是将模糊推理得到的控制量(模糊量)变换为实际用于控制的数字量。模糊控制器3.1.4模糊控制器设计的内容模糊控制器设计的内容确定模糊控制器的输入变量和输出变量(即控制量),包括语言值及
7、其隶属度函数。选择模糊控制器的输入和输出变量的论域。设计模糊控制器的控制规则,确立模糊化和非模糊化(又称清晰化)的方法。确定模糊控制器的参数(如量化因子、比例因子)。编制模糊控制算法的应用程序。3.1.5温度自动控制的原理温度自动控制的原理所谓温度自动控制,就是为了使作为控制对象的温度、压力、和被加热物的成分等物理量,在过程的负荷条件变化以及外部干扰情况下,仍能保持预先的设定值,而自动调节温度,使其处于最佳状态。例如对炉温加热系统,则有如下模糊规则:“若炉温很低,且炉温上升不快,则快速加热”“若炉温很高,且炉温快速上升,则暂停加热”等等。3.2、关键技术、关键技术(1)模糊控制的基本原理和分析
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