專利名稱：：燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及燒結(jié)混合加水檢測與控制系統(tǒng)，特別是一種在燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：眾所周知，燒結(jié)混合加水可以決定了燒結(jié)的質(zhì)量、物理性質(zhì)、化學(xué)成分，對高爐鐵水的質(zhì)量和煉鐵效率有著深遠(yuǎn)的影響。燒結(jié)生產(chǎn)控制中的混合料加水控制是重要環(huán)節(jié)，水分的大小不僅影響燒結(jié)過程的垂直燒結(jié)度，而且還影響燒結(jié)礦的成品率、生產(chǎn)率?；旌狭纤执?，雖然燒結(jié)速度快，但成品率低，返礦量大；混合料水分小，燒結(jié)速度慢，生產(chǎn)率低，各種消耗增加。因此，對混合料水分進(jìn)行準(zhǔn)確測定和自動控制是實現(xiàn)燒結(jié)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的必要保證。燒結(jié)混合加水中的技術(shù)成功的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確控制加水閥門的控制，由于加水閥門的控制與加水流量、混合前下料量、混合前的料量水分、混合后的料量水分等多個工藝參數(shù)密切相關(guān)?，F(xiàn)有的燒結(jié)混合加水技術(shù)中均采用加水設(shè)定值與混合后的料量水分進(jìn)行比較，通過PID運(yùn)算調(diào)整加水閥門的控制，來控制加水流量?，F(xiàn)有的燒結(jié)加水采用單個變量控制單個工藝參數(shù)，從而應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)。其缺點是PID控制算法具有原理簡單，但準(zhǔn)確性不令人滿意，因而該控制系統(tǒng)的精度較差，抗干擾能力弱，容易產(chǎn)生頻繁調(diào)節(jié)閥門的開度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服上面所述燒結(jié)混合加水控制中存在的問題，提供一種燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，提高加水閥門的穩(wěn)定性和控制精度。Fuzzy控制算法具有無需建立被控對象的數(shù)學(xué)模型，對非線性、時變性系統(tǒng)具有一定的適應(yīng)能力及快速性好的優(yōu)點，本發(fā)明針對閥門控制的特點與難點，將Fuzzy控制與PID控制算法相結(jié)合，構(gòu)建Fuzzy-PID復(fù)合控制策略。本發(fā)明的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，包括PID控制策略、檢測儀表、控制裝置，其特征在于Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)的控制流程為1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化，2)設(shè)定閥門開度與反饋值的差值，作為偏差值lel3)判斷l(xiāng)el是否^eo1，lel為偏差信號，|eo|為Fuzzy與PID控制切換時，給定的偏差。4)當(dāng)|e|《leol時,采用PID控制策略，5)當(dāng)|e|>leol時,采用Fuzzy控制策略，6)當(dāng)PID控制策略向Fuzzy控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持PID控制策略下的輸出值UPID，直到Fuzzy控制器輸出|UF|>|UPID|，7)當(dāng)Fuzzy控制策略向PID控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持Fuzzy控制策略下的輸出值UF，直到PID控制器輸出IUPIDI《|UF|,8)調(diào)節(jié)器4的輸出一路送執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制動作，另一路返回與設(shè)定閥門開度1作比較。所述的偏差基準(zhǔn)值Ie。I=4-6%。所述的模糊控制子集為E=(NB，麗，NS,ZE，PS,PM,PBH(負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，其論域為e=EC={-10,-5,-3，0，3，5,10},。所述的PID控制策略下的輸出值UPID=UPID(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)_2e(k-1)+(k-2)]，式中，k是第k次采樣周期，Kp是比例環(huán)節(jié)，e(k)是第k次采樣周期的偏差值，Ki=KpT/Ti,Kd=KpTd/T，T為采樣周期，Ti為積分時間，Td為微分時間。所述的模糊控制策略設(shè)有30條推理規(guī)則，采用if-then語句表達(dá)形式，得到的控制變量模糊控制規(guī)則表如下表所示，(1)ifEisNBandECisNBthenUFisPBor(2)ifEisNBandECisNMthenUFisPBor(30)ifEisPBandECisPBthenUFisNB。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表1模糊控制規(guī)則表所述的檢測儀表包括加水前燒結(jié)混合料量檢測用的電子稱，加水前后混合料含水率檢測用的紅外線水分計，加水流量檢測用的流量計，加水調(diào)節(jié)閥檢測與控制用的電動調(diào)節(jié)閥。所述的控制裝置包括裝有Fuzzy-PID復(fù)合控制程序的工業(yè)用計算機(jī)，與此工業(yè)用計算機(jī)相連接的顯示器，通過通訊總線與此工業(yè)用計算機(jī)相連接的PLC,與此PLC相連接的儀表拒，與此儀表拒相連接的混合閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，此PLC與被控設(shè)備相連接。所述的PLC為西門子S7-400可編程序控制器，所述的通訊總線為Profibus通訊總線。本發(fā)明的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其基本思想是在大偏差時，采用Fuzzy控制算法，充分發(fā)揮Fuzzy控制器快速性好、適應(yīng)能力強(qiáng)的特點；在小偏差時，采用PID控制算法，充分發(fā)揮PID控制器原理簡單、調(diào)節(jié)精確的特點。二者的轉(zhuǎn)換用根據(jù)給定的偏差自動實現(xiàn)，為了盡可能避免在控制策略切換時引起的擾動，采用了當(dāng)Fuzzy控制策略向PID控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持Fuzzy控制策略下的輸出值UF,直到PID控制器輸出IUPIDI<IUFI;當(dāng)PID控制策略向Fuzzy控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持PID控制策略下的輸出值UPID，直到Fuzzy控制器輸出IUFI>IUPIDI。模糊控制子集為E={NB，NM，NS,ZE，PS,PM,PBH(負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，其論域為e={-10，-5，-3，0,3，5,10}。隸屬度函數(shù)采用三角分布函數(shù)。根據(jù)實際經(jīng)驗總結(jié)得到30條推理規(guī)則，釆用if-then語句表達(dá)形式，得到控制變量的模糊控制規(guī)則表，如當(dāng)系統(tǒng)閥門的絕對值小于偏差基準(zhǔn)值時，采用PID控制算法，得到PID控制器輸出的控制量UPID，可以實現(xiàn)一定范圍內(nèi)無差控制，提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在Step7軟件平臺上進(jìn)行了控制程序設(shè)計，包括主程序、模糊控制程序、PID控制程序、切換程序、操作與報警程序等。通過現(xiàn)場總線Profibus通過進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)信息交互，程序運(yùn)行，算法實施等，F(xiàn)uzzy-PID復(fù)合控制程序流程圖如圖1所示。本發(fā)明的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，改善了燒結(jié)混合料的透氣性，提高了燒結(jié)層厚度，提高了燒結(jié)機(jī)速，燒結(jié)負(fù)壓降低，從而實現(xiàn)了低溫厚料層燒結(jié)技術(shù)，噸燒結(jié)礦降低燃料消耗，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)大幅度提高并改善了燒結(jié)礦質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益巨大。加水作業(yè)是保證制粒效果的最基本因素，其中包括最佳加水量、穩(wěn)定加水量及使用霧化水，要根據(jù)混合及制粒要求，沿長度方向優(yōu)化給水量及使用霧化水。由于生產(chǎn)過程混合料水分穩(wěn)定，促進(jìn)生產(chǎn)過程的良性循環(huán)，燒結(jié)礦產(chǎn)量提高，消耗下降，降低了崗位工人的勞動強(qiáng)度，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)流程圖。圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明的控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。具體實施例方式下面結(jié)合本發(fā)明的具體實施方式。如圖1、2所示，本發(fā)明的燒結(jié)混合力口水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，包括PID控制策略、檢測儀表、控制裝置，其特征在于Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)的控制流程為1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化，2)設(shè)定閥門開度1與反饋值6的差值，作為偏差值lel3)判斷l(xiāng)el是否^eo1,lel為偏差信號，|eo|為Fuzzy與PID控制切換時，給定的偏差。4)當(dāng)lel《leol時，采用PID控制策略2，5)當(dāng)lei>leol時,釆用Fuzzy控制策略3,6)當(dāng)PID控制策略向Fuzzy控制策略切換時，調(diào)節(jié)器4的輸出5將保持PID控制策略下的輸出值UPID，直到Fuzzy控制器輸出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>7)當(dāng)Fuzzy控制策略向PID控制策略切換時，調(diào)節(jié)器4的輸出5將保持Fuzzy控制策略下的輸出值UF，直到PID控制器輸出|UPID|《|UF|，8)調(diào)節(jié)器4的輸出一路送執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制動作，另一路返回與設(shè)定閥門開度1作比較。所述的偏差基準(zhǔn)值IeoI=4-6%。所述的模糊控制子集為E-(NB，NM，NS，ZE，PS，PM,PBH(負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大)，其論域為e={-10,-5，-3，0,3，5，10}，。所述的PID控制策略下的輸出值UPID=UPID(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+fCie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+(k-2)],式中，k是第k次采樣周期，Kp是比例環(huán)節(jié)，e(k)是第k次采樣周期的偏差值，Ki=KpT/Ti，Kd=KpTd/T，T為采樣周期，Ti為積分時間，Td為微分時間。所述的模糊控制策略設(shè)有30條推理規(guī)則，采用if-then語句表達(dá)形式，得到的控制變量模糊控制規(guī)則表如下表所示，(1)ifEisNBandECisNBthenUFisPBor(2)ifEisNBandECis蘭thenUFisPBor(30)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表1模糊控制規(guī)則表所述的檢測儀表包括加水前燒結(jié)混合料量檢測用的電子稱，加水前后混合料含水率^r測用的紅外線水分計，加水流量檢測用的流量計，加水調(diào)節(jié)閥檢測與控制用的電動調(diào)節(jié)閥。如圖3所示，所述的控制裝置包括裝有Fuzzy-PID復(fù)合控制程序的工業(yè)用計算機(jī)8，與此工業(yè)用計算機(jī)8相連接的顯示器7,通過通訊總線9與此工業(yè)用計算機(jī)8相連接的PLC可編程序控制器10,與此PLC可編程序控制器10相連接的儀表拒12，與此儀表拒12相連接的混合閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)13，此PLC10與被控設(shè)備11相連接。所述的PLC可編程序控制器為西門子S7-400可編程序控制器，所述的通訊總線為Profibus通訊總線。本發(fā)明的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其基本思想是在大偏差時，采用Fuzzy控制算法，充分發(fā)揮Fuzzy控制器快速性好、適應(yīng)能力強(qiáng)的特點；在小偏差時，采用PID控制算法，充分發(fā)揮PID控制器原理簡單、調(diào)節(jié)精確的特點。二者的轉(zhuǎn)換用根據(jù)給定的偏差自動實現(xiàn)，為了盡可能避免在控制策略切換時引起的擾動，采用了當(dāng)Fuzzy控制策略向PID控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持Fuzzy控制策略下的輸出值UF，直到PID控制器輸出IUPIDI《IUFI;當(dāng)PID控制策略向Fuzzy控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持PID控制策略下的輸出值UPID，直到Fuzzy控制器輸出IUFI>IUPIDI。在Step7軟件平臺上進(jìn)行了控制程序設(shè)計，包括主程序、模糊控制程序、PID控制程序、切換程序、操作與報警程序等。通過現(xiàn)場總線Profibus通過進(jìn)行上位機(jī)與下位機(jī)信息交互，程序運(yùn)行，算法實施等，本發(fā)明的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，改善了燒結(jié)混合料的透氣性，提高了燒結(jié)層厚度，提高了燒結(jié)機(jī)速，燒結(jié)負(fù)壓降低，從而實現(xiàn)了低溫厚料層燒結(jié)技術(shù)，噸燒結(jié)礦降低燃料消耗，燒結(jié)機(jī)利用系數(shù)大幅度提高并改善了燒結(jié)礦質(zhì)量，經(jīng)濟(jì)效益巨大。加水作業(yè)是保證制粒效果的最基本因素，其中包括最佳加水量、穩(wěn)定加水量及使用霧化水，要根據(jù)混合及制粒要求，沿長度方向優(yōu)化給水量及使用霧化水。權(quán)利要求1、一種燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，包括PID控制策略、檢測儀表、控制裝置，其特征在于Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)的控制流程為1)系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化，2)設(shè)定閥門開度與反饋值的差值，作為偏差值|e|，3)判斷|e|是否＝|e0|，|e0|為Fuzzy控制策略與PID控制策略切換時給定的偏差基準(zhǔn)值，4)當(dāng)|e|≤|e0|時，采用PID控制策略，5)當(dāng)|e|＞|e0|時，采用Fuzzy控制策略，6)當(dāng)PID控制策略向Fuzzy控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持PID控制策略下的輸出值UPID，直到Fuzzy控制器輸出|UF|≥|UPID|，7)當(dāng)Fuzzy控制策略向PID控制策略切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持Fuzzy控制策略下的輸出值UF，直到PID控制器輸出|UPID|≤|UF|，8)調(diào)節(jié)器的輸出一路送執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成控制動作，另一路返回與設(shè)定閥門開度作比較。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于所述的偏差基準(zhǔn)值leo卜4-6。/。。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于所述的沖莫糊控制子集為E={NB,NM，NS，ZE，PS,PM，PB}={負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大}，其論域為e=EC={-10,-5,-3，0，3，5，10}。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PID控制策略下的輸出值UPID-UPID(k-1)+Kp[e(k)-e(k-1)]+Kie(k)+Kd[e(k)-2e(k-1)+(k-2)],式中，k是第k次采樣周期，Kp是比例環(huán)節(jié)，e(k)是第k次采樣周期的偏差值，Ki-KpT/Ti，Kd4pTd/T，T為釆樣周期，Ti為積分時間，Td為微分時間。5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于所述的模糊控制策略設(shè)有30條推理規(guī)則，采用if-then語句表達(dá)形式，得到的控制變量模糊控制規(guī)則表如下表所示,(1)ifEisNBandECisNBthenUFisPBor(2)ifEisNBandECisNMthenUFisPBor(30)ifEisPBandECisPBthenUFis眼UFENBNMNSZEFSPMPBECNBPBPBPMPMFSZEZENMPBPBPMFSFSZENSNSPMPMPMFSZENSNSZEPMPMFSZENSNMNMFSFSFSZENSNSNMNMPMFSZENSNMNMNMNBPBZEZENMNMNMNBNB6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于所述的檢測儀表包括加水前燒結(jié)混合料量檢測用的電子稱，加水前后混合料含水率檢測用的紅外線水分計，加水流量檢測用的流量計，加水調(diào)節(jié)閥^f會測與控制用的電動調(diào)節(jié)閥。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于所述的控制裝置包括裝有Fuzzy-PID復(fù)合控制程序的工業(yè)用計算機(jī)，與此工業(yè)用計算機(jī)相連接的顯示器，通過通訊總線與此工業(yè)用計算機(jī)相連接的PLC,與此PLC相連接的儀表拒，與此儀表拒相連接的混合閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，此PLC與被控設(shè)備相連接。8、根據(jù)權(quán)利要求7所述的燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，其特征在于所述的PLC為西門子S7-400可編程序控制器，所述的通訊總線為Profibus通訊總線。全文摘要本發(fā)明涉及燒結(jié)混合加水檢測與控制系統(tǒng)，特別是一種在燒結(jié)混合加水中的Fuzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)，包括PID控制策略、檢測儀表、控制裝置，F(xiàn)uzzy-PID復(fù)合控制系統(tǒng)的控制流程為系統(tǒng)數(shù)據(jù)初始化，設(shè)定閥門開度與反饋閥門開度偏差|e|，判斷|e|是否＝|e<sub>0</sub>|，當(dāng)|e|≤|e<sub>0</sub>|時，采用PID控制策略，當(dāng)|e|＞|e<sub>0</sub>|時，采用Fuzzy控制策略，當(dāng)PID控制向Fuzzy控制切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持PID控制策略下的輸出值UPID，直到Fuzzy控制器輸出|UF|≥|UPID|，當(dāng)Fuzzy控制向PID控制切換時，調(diào)節(jié)器的輸出將保持Fuzzy控制策略下的輸出值UF，直到PID控制器輸出|UPID|≤|UF|。本發(fā)明改善了燒結(jié)混合料的透氣性，提高了燒結(jié)層厚度、燒結(jié)機(jī)速，燒結(jié)負(fù)壓降低。文檔編號G05B13/02GK101349892SQ20081001303公開日2009年1月21日申請日期2008年8月29日優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日發(fā)明者斌張,李明峰,波王,文邊申請人:中冶北方工程技術(shù)有限公司