薄帶連鑄熔池鋼水液位檢測(cè)與控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、薄帶連鑄技術(shù)是冶金領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿性技術(shù)，目前已成為鋼鐵行業(yè)研究和發(fā)展的熱門。該項(xiàng)技術(shù)不僅可以取消熱軋生產(chǎn)過程而大幅降低生產(chǎn)成本，還可以利用快速凝固效應(yīng)生產(chǎn)出難以軋制的以及具有特殊性能的新材料。這項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)要求精度高、速度快，目前，工藝還不成熟，對(duì)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也沒有一套完整的理論，都還處于探索之中。況且，國(guó)際上屈指可數(shù)擁有該新技術(shù)的企業(yè)間的技術(shù)保密和競(jìng)爭(zhēng)十分劇烈，開展具有自主產(chǎn)權(quán)的薄帶連鑄技術(shù)’究和應(yīng)用迫在眉睫。

2、 本文以寶鋼薄帶連鑄技術(shù)產(chǎn)業(yè)化研究項(xiàng)目為背景，主要圍繞薄帶連鑄技術(shù)中影響鑄帶質(zhì)量的一個(gè)重要因素——熔池鋼水液位的檢測(cè)與控制技術(shù)的研究展開。結(jié)合對(duì)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的分析，設(shè)計(jì)了一個(gè)可在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)下應(yīng)用的熔池鋼水液位傳感器以及相應(yīng)的圖像識(shí)別和處理方案?？紤]到液位系統(tǒng)的非線性、時(shí)變等因素，采用自適應(yīng)模糊控制作為熔池鋼水液位系統(tǒng)控制策略，并對(duì)直接和間接模糊自適應(yīng)控制算法進(jìn)行研究，提出了加速自適應(yīng)模糊控制器，為實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際熔池液位系統(tǒng)精確、快速的有

3、效控制打下基礎(chǔ)。本論文的主要貢獻(xiàn)是： 1.設(shè)計(jì)了可應(yīng)用于薄帶連鑄機(jī)熔池鋼水液位檢測(cè)的CCD傳感器。 薄帶連鑄熔池鋼水液位的檢測(cè)環(huán)境具有高溫、高亮、強(qiáng)干擾，因此選用CCD液位傳感器進(jìn)行檢測(cè)。目前CCD在這一領(lǐng)域的具體應(yīng)用技術(shù)上無可借鑒，所以我們針對(duì)某一薄帶連鑄機(jī)設(shè)計(jì)了CCD液位傳感器的硬件結(jié)構(gòu)及軟件流程?？紤]到此傳感器是應(yīng)用在工業(yè)場(chǎng)所，需嚴(yán)格保證其可靠性，因此設(shè)計(jì)了雙側(cè)CCD法以識(shí)別出真實(shí)的鋼水與結(jié)晶輥邊緣，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)熔池

4、鋼水液位高度的檢測(cè)。 2.針對(duì)薄帶連鑄熔池鋼水液位系統(tǒng)的特性，在確保閉環(huán)系統(tǒng)全局穩(wěn)定性的條件下，設(shè)計(jì)了間接型和直接型加速自適應(yīng)模糊控制器。 薄帶連鑄熔池鋼水液位系統(tǒng)是非線性，時(shí)變，并且存在不可測(cè)參數(shù)的系統(tǒng)，因此很難建立精確的數(shù)學(xué)模型。針對(duì)這類非線性系統(tǒng)，在已知不同類型模糊規(guī)則的條件下，分別提出了間接型和直接型加速自適應(yīng)模糊控制器，并通過Lyapunov定理證明了在放寬穩(wěn)定性條件的前提下仍可保證系統(tǒng)全局穩(wěn)定。 3.

5、證明了針對(duì)薄帶連鑄熔池鋼水液位這類非線性系統(tǒng)設(shè)計(jì)的間接型和直接型加速自適應(yīng)模糊控制器可以使系統(tǒng)誤差收斂到平衡點(diǎn)附近的一個(gè)小鄰域內(nèi)。 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一，本文以Lyapunov函數(shù)為基礎(chǔ)，證明間接和直接型加速自適應(yīng)模糊控制可以使系統(tǒng)誤差收斂到平衡點(diǎn)附近的一個(gè)小鄰域內(nèi)，并且與監(jiān)督自適應(yīng)模糊控制器相比，這個(gè)鄰域更小。通過仿真證明，加速自適應(yīng)模糊控制器的穩(wěn)態(tài)誤差收斂到一個(gè)很小的范圍內(nèi)。 4.推導(dǎo)出了加速控制

6、器的最優(yōu)形式以保證系統(tǒng)獲得最短的調(diào)整時(shí)間。 系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間是評(píng)價(jià)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。當(dāng)Lyapunov函數(shù)二階導(dǎo)數(shù)為零時(shí)，系統(tǒng)會(huì)以最快速度穩(wěn)定，此時(shí)調(diào)整時(shí)間最短，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出加速控制器的最優(yōu)形式。通過仿真證明，系統(tǒng)性能有明顯提高。 5.提出了間接型和直接型加速自適應(yīng)模糊控制器的參數(shù)設(shè)定方法。 在自適應(yīng)模糊控制器中自適應(yīng)律系數(shù)一般是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇，難度較大。本文則采用數(shù)學(xué)的方法推導(dǎo)出間接自適應(yīng)模糊控制器