銅管水平連鑄系統(tǒng)保溫爐液位氣動(dòng)控制的優(yōu)化研究.pdf

1、在銅管水平連鑄時(shí)，為延長(zhǎng)鑄造時(shí)間，提高殘液的利用率，德國(guó)工程師將保溫爐劃分成三個(gè)腔，分別為進(jìn)料腔、加壓腔和鑄造腔。三個(gè)腔室的底部是聯(lián)通的，對(duì)加壓腔通入高壓氮?dú)?，通過(guò)控制氮?dú)鈮毫Φ拇笮?，?lái)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(dòng)，不僅會(huì)導(dǎo)致銅液溫度變化，還會(huì)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(shí)也增加了銅液溢出和泄露的風(fēng)險(xiǎn)，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(dòng)控制系統(tǒng)具有時(shí)變性和非線性，且存在很多不確定的擾動(dòng)因素，無(wú)法建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，常規(guī)控制方法已經(jīng)無(wú)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(dòng)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)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(cè)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(cè)鑄造腔液位的全橋電路來(lái)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(lái)控制進(jìn)氣量，利用比例換向閥和帶驅(qū)動(dòng)器的球閥來(lái)代替原系統(tǒng)中的電氣控兩通球閥來(lái)控制排氣量。從理論和仿真兩個(gè)方面對(duì)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(duì)正常運(yùn)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(jì)控制器提供數(shù)據(jù)支撐。⑵對(duì)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?dú)獾臄?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(yùn)行時(shí)的控制要求，為下一步設(shè)計(jì)鑄造腔液位變化量的理想信號(hào)打下基礎(chǔ)。⑶鑄造腔液位變化量理想信號(hào)的設(shè)計(jì)：由于檢測(cè)系統(tǒng)只能檢測(cè)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(dòng)，所以利用加壓腔的壓力和壓力的變化率來(lái)確定加料時(shí)間

5、點(diǎn)，會(huì)造成邏輯錯(cuò)誤，使仿真無(wú)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(shí)間點(diǎn)，利用加壓腔的壓力確定加壓腔內(nèi)銅液耗盡的時(shí)間點(diǎn)，設(shè)計(jì)了鑄造腔液位變化量的理想信號(hào)，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(huì)有較大的波動(dòng)。⑷常規(guī)的PID控制器很難消除掉注入銅液時(shí)鑄造腔液位的波動(dòng)。本文利用MATLAB設(shè)計(jì)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(lái)。