薄帶連鑄熔池鋼水液位檢測與控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、薄帶連鑄技術(shù)是冶金領域的一項前沿性技術(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生產(chǎn)出難以軋制的以及具有特殊性能的新材料。這項技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，對控制系統(tǒng)要求精度高、速度快，目前，工藝還不成熟，對控制系統(tǒng)的設計也沒有一套完整的理論，都還處于探索之中。況且，國際上屈指可數(shù)擁有該新技術(shù)的企業(yè)間的技術(shù)保密和競爭十分劇烈，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)量的一個重要因素——熔池鋼水液位的檢測與控制技術(shù)的研究展開。結(jié)合對實驗和現(xiàn)場實際的分析，設計了一個可在工業(yè)現(xiàn)場下應用的熔池鋼水液位傳感器以及相應的圖像識別和處理方案。考慮到液位系統(tǒng)的非線性、時變等因素，采用自適應模糊控制作為熔池鋼水液位系統(tǒng)控制策略，并對直接和間接模糊自適應控制算法進行研究，提出了加速自適應模糊控制器，為實現(xiàn)對實際熔池液位系統(tǒng)精確、快速的有

3、效控制打下基礎。本論文的主要貢獻是： 1.設計了可應用于薄帶連鑄機熔池鋼水液位檢測的CCD傳感器。 薄帶連鑄熔池鋼水液位的檢測環(huán)境具有高溫、高亮、強干擾，因此選用CCD液位傳感器進行檢測。目前CCD在這一領域的具體應用技術(shù)上無可借鑒，所以我們針對某一薄帶連鑄機設計了CCD液位傳感器的硬件結(jié)構(gòu)及軟件流程?？紤]到此傳感器是應用在工業(yè)場所，需嚴格保證其可靠性，因此設計了雙側(cè)CCD法以識別出真實的鋼水與結(jié)晶輥邊緣，從而實現(xiàn)對熔池

4、鋼水液位高度的檢測。 2.針對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，設計了間接型和直接型加速自適應模糊控制器。 薄帶連鑄熔池鋼水液位系統(tǒng)是非線性，時變，并且存在不可測參數(shù)的系統(tǒng)，因此很難建立精確的數(shù)學模型。針對這類非線性系統(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、證明了針對薄帶連鑄熔池鋼水液位這類非線性系統(tǒng)設計的間接型和直接型加速自適應模糊控制器可以使系統(tǒng)誤差收斂到平衡點附近的一個小鄰域內(nèi)。 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差是評價系統(tǒng)性能的重要指標之一，本文以Lyapunov函數(shù)為基礎，證明間接和直接型加速自適應模糊控制可以使系統(tǒng)誤差收斂到平衡點附近的一個小鄰域內(nèi)，并且與監(jiān)督自適應模糊控制器相比，這個鄰域更小。通過仿真證明，加速自適應模糊控制器的穩(wěn)態(tài)誤差收斂到一個很小的范圍內(nèi)。 4.推導出了加速控制

6、器的最優(yōu)形式以保證系統(tǒng)獲得最短的調(diào)整時間。 系統(tǒng)的調(diào)整時間是評價系統(tǒng)動態(tài)性能的另一個重要指標。當Lyapunov函數(shù)二階導數(shù)為零時，系統(tǒng)會以最快速度穩(wěn)定，此時調(diào)整時間最短，在此基礎上推導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模糊控制器的參數(shù)設定方法。 在自適應模糊控制器中自適應律系數(shù)一般是根據(jù)經(jīng)驗選擇，難度較大。本文則采用數(shù)學的方法推導出間接自適應模糊控制器