石灰窯的最優(yōu)溫度控制研究

【摘 要】石灰窯具有高度非線性、時(shí)變性、不確定性和大滯后等特點(diǎn)，難以建立精確的數(shù)學(xué)模型，采用傳統(tǒng)的方法難以解決石灰窯溫度控制問題。本文首先分析了目前的控制方法，提出傳統(tǒng)PID控制的不足；基于對爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和控制要求，將模糊PID控制器用于石灰窯控制系統(tǒng)。經(jīng)系統(tǒng)仿真認(rèn)為石灰窯溫度控制系統(tǒng)中采用模糊控制能達(dá)到較滿意的控制效果，有較好的魯棒性。

【關(guān)鍵詞】石灰窯；PID；模糊控制

0.引言（Introduction）

近年來，隨著近代化工和冶金工業(yè)的興起，石灰的用途和消耗量急劇增大，對活性石灰的質(zhì)量性能的要求越來越高。例如在鋼鐵生產(chǎn)中，冶金石灰作為煉鋼用的“造渣劑”，主要用來去除鋼水中的有害元素S、P等雜質(zhì)，它不僅影響著鋼水的冶煉過程，還直接影響鋼水的最終質(zhì)量。因此，國際上已廣泛采用品質(zhì)好、反應(yīng)快的、造渣徹底的優(yōu)質(zhì)活性石灰，取代過去所用的普通石灰，為冶煉優(yōu)質(zhì)鋼水奠定了基礎(chǔ)?；钚允业膽?yīng)用，縮短了冶煉時(shí)間，降低了噸鋼石灰消耗，減少了雜質(zhì)帶入，從而有效提高了鋼水質(zhì)量。

1.石灰窯溫度控制器的設(shè)計(jì)

石灰燒結(jié)是石灰生產(chǎn)的關(guān)鍵工序，石灰窯是石灰生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。石灰燒結(jié)爐的溫度控制對產(chǎn)品的最終質(zhì)量具有決定性的作用。石灰燒結(jié)加熱過程具有非線性、大滯后、大慣性等復(fù)雜特性，傳統(tǒng)的PID控制方法不能滿足生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)石灰產(chǎn)品的要求，模糊控制的積分效果較差，靜態(tài)控制效果不是很理想。燒結(jié)過程溫度控制精度要求比較高，如可以將模糊控制和PID結(jié)合起來，能達(dá)到很好的控制效果。

1.1模糊PID控制器輸入量與輸出量、控制結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)以石灰窯溫度溫度的偏差e和偏差的變化ec作為輸入量，其相應(yīng)的語言變量為E和EC，輸出量控制參數(shù)Kp，Ki，Kd，輸入輸出分別采用正態(tài)分布函數(shù)的隸屬度。

1.2隸屬度函數(shù)

將石灰窯溫度控制器所有輸入和輸出變量個(gè)劃分成七級，即{負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}；用英文字頭縮寫：{NB，NM，NS， O，PS，PM，PB}。

1.3模糊控制規(guī)則

根據(jù)燒結(jié)爐溫度控制對象的特點(diǎn)建立了如下關(guān)于KP，KI，KD三個(gè)參數(shù)的控制規(guī)則表如表1、表2和表3所示。

1.4模糊推理算法

1.4.1求系統(tǒng)模糊控制表

1.5控制系統(tǒng)仿真

選取誤差e的基本論域?yàn)椋篬-55，55]，設(shè)其量化論域?yàn)閇-3，3]，則量化因子Ke=3/50=0.06。燒結(jié)爐溫度變化速率ec的基本論域，取為[-12，12]，其量化論域?yàn)閇-3，3]，量化因子Kec=3/12=0.25。KD的基本論域?yàn)閇-3，3]，其量化論域?yàn)閇-3，3]，量化因子1，KI的基本論域?yàn)閇-0.06，0.06]，其量化論域?yàn)閇-0.06，0.06]，量化因子1，KP的基本論域?yàn)閇-3，3]，其量化論域?yàn)閇-3，3]，量化因子1。仿真結(jié)果如圖2所示：

2.結(jié)論

實(shí)踐表明，在石灰窯生產(chǎn)過程中，根據(jù)石灰生產(chǎn)的工藝特點(diǎn)和控制要求，人工控制只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來決定，加料量不準(zhǔn)確而且誤差大的特點(diǎn)，因此對鍛燒帶溫度控制采用了模糊PID控制器，并經(jīng)仿真比較證實(shí)了模糊PID控制的有效性；說明在石灰窯溫度控制系統(tǒng)中采用模糊控制能達(dá)到較滿意的控制效果，可以將石灰窯鍛燒帶的溫度控制在要求的范圍之內(nèi)；并且在石灰窯系統(tǒng)的產(chǎn)量及其它參數(shù)變化時(shí)也可以達(dá)到溫度控制的要求，有較好的魯棒性。

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