銅管水平連鑄系統(tǒng)保溫爐液位氣動控制的優(yōu)化研究.pdf

1、在銅管水平連鑄時，為延長鑄造時間，提高殘液的利用率，德國工程師將保溫爐劃分成三個腔，分別為進(jìn)料腔、加壓腔和鑄造腔。三個腔室的底部是聯(lián)通的，對加壓腔通入高壓氮氣，通過控制氮氣壓力的大小，來調(diào)節(jié)其余兩腔的液位。但這種方法保溫爐液位有很大的波動，不僅會導(dǎo)致銅液溫度變化，還會導(dǎo)致石墨鱗片保溫層和雜質(zhì)卷入銅液，嚴(yán)重影響銅管質(zhì)量，同時也增加了銅液溢出和泄露的風(fēng)險，因此保溫爐液位精確控制是保證銅管水平連鑄系統(tǒng)安全、提高銅管質(zhì)量和殘液利用率的關(guān)鍵。但由

2、于保溫爐液位氣動控制系統(tǒng)具有時變性和非線性，且存在很多不確定的擾動因素，無法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，常規(guī)控制方法已經(jīng)無法滿足此系統(tǒng)的控制要求，必須采取新的控制方法和控制策略。本文以某銅管廠改造的保溫爐液位氣動控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對其特性進(jìn)行深入研究，提出結(jié)構(gòu)和控制策略的優(yōu)化方案。將原系統(tǒng)中只能檢測鑄造腔液位下限、液位上限和液位超限的傳感器，用能連續(xù)檢測鑄造腔液位的全橋電路來代替，為后續(xù)的精確控制打好基礎(chǔ)；利用比例減壓閥代替原系統(tǒng)的氣控減壓閥和數(shù)

3、字減壓閥來控制進(jìn)氣量，利用比例換向閥和帶驅(qū)動器的球閥來代替原系統(tǒng)中的電氣控兩通球閥來控制排氣量。從理論和仿真兩個方面對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，使其能達(dá)到良好的控制效果，從而提高系統(tǒng)的安全性和銅管質(zhì)量。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用AMESim仿真軟件，搭建保溫爐液位氣控系統(tǒng)的物理模型，對正常運行和進(jìn)料腔有銅液注入兩種情況進(jìn)行仿真分析，為下一步設(shè)計控制器提供數(shù)據(jù)支撐。⑵對系統(tǒng)加入PID控制策略，首先，推導(dǎo)保溫爐液位氣控系統(tǒng)和保溫爐加壓腔

4、氮氣的數(shù)學(xué)模型，并建立系統(tǒng)的方框圖。利用ZN臨界比例度法，確定PID控制器的比例、積分和微分系數(shù)，并進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，加入PID控制器以后，保溫爐液位氣控系統(tǒng)的控制效果良好，達(dá)到了正常運行時的控制要求，為下一步設(shè)計鑄造腔液位變化量的理想信號打下基礎(chǔ)。⑶鑄造腔液位變化量理想信號的設(shè)計：由于檢測系統(tǒng)只能檢測到加壓腔的壓力和鑄造腔液位變化量，加壓腔的壓力是先增加后減小，且壓力曲線有很脈動，所以利用加壓腔的壓力和壓力的變化率來確定加料時間

5、點，會造成邏輯錯誤，使仿真無法進(jìn)行；本文利用鑄造腔的液位變化量和其與理想變化量的偏差確定加料時間點，利用加壓腔的壓力確定加壓腔內(nèi)銅液耗盡的時間點，設(shè)計了鑄造腔液位變化量的理想信號，并加入到AMESim模型中進(jìn)行仿真，從仿真結(jié)果可以看出，在注入銅液后鑄造腔液位會有較大的波動。⑷常規(guī)的PID控制器很難消除掉注入銅液時鑄造腔液位的波動。本文利用MATLAB設(shè)計了模糊自整定PID控制器，并利用聯(lián)合仿真技術(shù)，將AMESim與MATLAB連接起來。