基于計算機智能模糊控制

[摘要] 本文運用計算機控制系統及自動控制理論解決加熱爐生產工藝，重點研究加熱爐控制系統的硬件設計、控制特點、控制方案設計及控制算法實現，并在典型實驗裝置上給予實驗模擬。

[關鍵詞] 計算機控制系統 模糊控制硬件設計 控制特點 控制方案設計及控制算法

對于軋鋼企業實現加熱爐自動控制最主要的兩個任務是:對溫度的控制。加熱的溫度不易過高，因為溫度太高容易使鐵和氧氣發生化學反應附在鋼坯表面(稱之為氧化燒損)，造成了原材料不必要的浪費。其次，溫度過高會使鋼坯粘性增加，鋼坯容易貼在爐輥上，可能造成嚴重的生產事故。并且，溫度也不應當過低，太低會使得鋼坯不易被爐輥壓軋成鋼板，嚴重時可能出現斷輥現象，造成不必要的停產。為保證鋼板的質量，也要注意均勻加熱。對流量的調節，要通過控制系統，實現最佳的煤氣、空氣配比，達到節能降耗及提高產品質量的目標。

一、加熱爐工藝流程圖

課題以冶金生產過程的加熱爐為對象進行研究。冶金生產工藝一般有以下環節:選礦——燒結——煉鐵——煉鋼——鑄鋼——加熱——軋鋼——成材，由此可見加熱爐是軋鋼的前道工序，通過對鋼坯的均勻加熱，使其物理性能發生變化，有利于軋機的軋制，提高成材率。如圖1所示為加熱爐生產工藝流程圖:

該加熱爐以煤氣為燃料，通過煤氣和空氣的配比送到各燒觜，對坯進行加熱，它分為預熱、加熱、均熱三段。通過推鋼機將待軋冷鋼坯推入爐內，然后由鏈式拉鋼機拉動在爐內緩緩前進，依次通過預熱、加熱、均熱三段，根據工藝要求，各段有各段的期望值，當達到期望值時，爐門開啟，通過輥道將鋼坯送入軋機。

二、加熱爐溫度控制方案

本課題以某企業燃氣三段爐為研究對象，通過對對象的特性分析，溫度控制采用模糊控制算法，而對小慣性環節的空氣和煤氣采用線性PI控制，以溫度作為主控制器，空氣和煤氣的調節器作為副調節器，構成一串級比值調節系統，其控制結構框圖如圖2:

我們采用模糊控制技術對加熱爐的各段溫度進行控制。傳統的控制方式不能收到好的控制效果，許多投運的過程控制系統不能正常運行，停留在手動狀態，控制不精確，能源浪費。模糊控制系統易于接受，設計簡單，維護方便，比常規控制系統穩定性好，魯棒性高。

三、系統模擬調試

由于沒有條件到工廠實際調試，我們選取工業電阻爐作為加熱爐的模擬對象，僅對算法進行驗證。此模擬系統是一個由工業控制計算機（帶有輸入輸出模塊）、工業電阻爐、溫度變送器組成的DDC系統。直接數字控制系統（簡稱DDC）是指直接與控制對象連接的系統。它是計算機過程控制的核心。它可以獨立地同時完成多個回路自動控制的任務，也可與其他DDC及計算機設備構成更大的控制系統。DDC的特點是易于實現任意控制算法，只需按人們要求改變程序或修改算式的某些系數，就能得到不同的控制效果。只要充分發揮DDC的功能，就能實現各種不同的控制方式和算法，以滿足各種應用場合的需要。DDC系統功能的齊全程度，隨完成的任務和控制機本身的功能不同而異。

其控制系統結構圖如圖3所示:

圖中SP為設定值，PV為測量值，e為偏差值，偏差通過變結構數字控制輸出調節電壓u，由0～5v的調節電壓來改變可控硅調壓器輸出到電阻爐的電壓u1，從而達到控制電阻爐溫度的目的，電阻爐的溫度由溫度變送器轉化為1～5v的電壓信號，傳入到模板，從而形成一個閉環控制系統。

本文主要討論了加熱爐自動控制系統中模糊控制的應用，提出通過模糊控制系統，實現加熱爐最佳的煤氣、空氣配比，達到節能降耗及提高產品質量的目標。

參考文獻:

[1]胡春明:加熱爐模糊控制系統[J].攀鋼技術，2002，25(3)

[2]張凱舉邵誠:鋼鐵工業加熱爐先進控制技術及其發展[J].冶金自動化，2003，27(1)

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”