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FUZZY_PID底吹氩控制系统及其仿真 胡广浩，毛志忠 （东北大学 信息科学与工程学院，辽宁 沈阳 110004） 摘要：本文介绍了LF精炼炉底吹氩过程控制系统工作原理、测试法建模、控制策略及控制系统的实现。针对炼钢工艺中底吹氩流量控制的缺点, 提出基于模糊理论及PID理论相结合的控制方案。理论分析和仿真结果表明，应用FUZZY_PID控制方法在各种指标上都要优于常规PID控制方法。 关键词：底吹氩；FUZZY_PID；Simulink 仿真 The FUZZY_PID Control System and simulation for Blowing Argon at Bottom HU Guang-hao, Mao Zhi-zhong (School of Information Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110004, China) Abstract: The work principle of Blowing Argon at Bottom of Ladle furnace system is introduced in this paper. A mathematical model is presented according to experimental data and an appropriate strategy is applied to this system. In order to overcome the bug of the system, a project that combines the fuzzy with PID is put forward. Theoretical analysis and the results of simulation show that this FUZZY_PID control method all surpass ONLY PID method in each ones. Key word: bottom blowing Argon; FUZZY_PID; Simulink simulation 1.引言 炉外精炼己成为现代化钢厂的重要组成部分，它是生产纯净钢和保证连铸顺利进行的重要手段。LF(Lade Furnace)精炼炉是应用最广、数量最多的精炼炉，而钢包底吹氩作为均匀钢水成分、温度，减少钢中夹杂物，提高钢的内在质量的重要手段之一，已成为炼钢工艺流程中不可缺少的组成部分[1]。为了满足钢铁行业吹氩过程在一些工况比较恶劣而生产工艺对氩气流量控制有较高要求的场合， 本文提出了基于模糊控制理论与传统PID理论相结合的控制方案，对钢包底吹氩的流量进行精确控制。 2.测试法建立底吹氩系统的数学模型 由于精炼炉底吹氩气系统难以通过理论方式建立系统模型，所以本文根据实验测试法来确定其模型[1]。利用底吹氩系统实验所得到的数据，描绘出底吹氩气流量给定在200NL/min时，出气口的响应曲线，如图1所示。 图1 氩气流量给定在200NL/min时的出气口的响应曲线 根据测定动态系统的时域法对试验所得曲线进行处理：首先由图1确定出系统的延迟时间，再读取曲线上 所对应的及所对应的，分别为。，因此对应系统的阶次n=3。假设系统模型为： 参数K和T的计算方法如下： 试中，为阶跃信号输入幅值，到T=10.5，K=1。从而建立了底吹氩系统的数学模型为：。该数学模型在输入为200时的阶跃响应曲线与实验曲线对比如图2。 图2 理论数学模型在输入为200时的阶跃响应曲线与实验曲线对比 如图2，可以看出该数学模型与实验数据近乎吻合，所以可以用该数学模型作为本系统的被控对象模型。 3.LF炉底吹氩控制方案及实现 在工业过程控制中，广泛使用常规PID控制器，原因在于常规PID控制原理简单，容易实现，稳态无静差。但是，常规PID控制器存在着参数调节需要一定过程，最优参数选取有一定麻烦以及当系统中一些参数发生变化时，控制器的参数就会无法有效地对系统进行控制等缺点.直接的FUZZY控制相当于PD控制，没有积分环节，无法消除稳态误差，控制精度往往不高，不够细腻，容易造成对执行元件的过度冲击，而控制精度的提高是通过增加规则及算法的复杂度来实现的，与快速可靠的要求存在矛盾。本文设计了通过FUZZY推理决策整定PID控制器参数的模糊PID参数自整定控制系统[3]，设计控制系数，在线调整PID控制器参数Kp、Ki、Kd的论域范围，从而使控制精度进一步提高，超调量明显减小，实现优于常规PTD控制与普通模糊控制的控制性能。 控制器原理框图如图3所示，这里设计的模糊推理计算为两输入，三输出模糊控制器