氧枪是转炉炼钢的重要设备,其主要作用是 向转炉输送氧气和氮气,以完成冶炼和溅渣护炉 工作,其性能好坏将直接关系到冶炼效果和吹炼 时间,从而影响到钢的质量和产量。氧枪的工作 性能好坏取决于其控制系统的性能优劣,氧枪控 制包括定位控制、压力、流量控制和联锁控制等, 而定位控制尤为关键。枪位不准将直接影响炼钢 过程中的脱碳、造渣、升温以及溅渣护炉工艺,造 成炼钢命中率低控制工程网版权所有,吹炼过程难以平稳[ 1 ] 。常规枪 位控制采用的PID 法,由于存在超调量大、调节 时间长、控制效率低、参数整定困难等缺点,难以 满足实际使用要求。为此, 本文将模糊控制与 PID 法相结合,应用于氧枪定位控制系统,以解决 常规PID 控制过程中所存在的问题,获得了较好 的效果。
        1 　系统分析
        1. 1 　枪位控制工艺及特点
        转炉炼钢过程是不断向转炉内吹氧冶炼的化 学反应过程。吹炼时要求氧枪下降到炉内距熔池 液面一定高度, 并随冶炼时间及钢种变化进行位 置调整。这个高度定位是否精确( ±2 cm) 将影响 炼钢工艺的主要经济技术指标。如图1 所示,氧 枪运行的基本工艺过程是:正常生产时,氧枪从等 待点开始下降,经过变速点、开关氧点至吹炼点停 止控制工程网版权所有,进行吹炼。吹炼点表示为氧枪枪头距熔池液 面的距离。吹炼一段时间后,提枪到等待点根据 倒炉取样化验结果确定是否要进行补吹。如此, 直到吹炼完毕、倒炉出钢,完成一个冶炼周期。氧枪的整个行程根据工艺要求设置了上极限、下极 限、等待点、开关氧点等多个工艺状态点。这些状 态点由凸轮控制器检测,而控制系统则通过对氧 枪提升卷扬装置上配置的旋转编码器输出的脉 冲CONTROL ENGINEERING China版权所有,进行计数来实现氧枪升降行程的检测。氧枪 的升降运行是通过氧枪升降动力装置驱动进行 的,升降装置通常有升降小车、导轨、卷扬机、横移 装置、钢丝绳滑轮及氧枪高度指示标尺等组成。 氧枪固定在升降小车上, 升降小车沿导轨上下移 动。钢丝绳卷筒与氧枪升降电机同轴, 由PLC 控制的变频器驱动氧枪电机, 控制氧枪的上升和 下降。为保证安全,氧枪升降控制还必须与工艺 过程连锁。因此氧枪控制的特点体现为:负载大、 惯性强、定位要求快速准确、升降运行稳定可靠。

        1. 2 　枪位控制原理
        目前氧枪定位控制通常采用常规的PID 控 制法,原理框图如2 所示。控制系统根据实际枪 位与目标枪位的距离,通过PID 调整后输出到变 频器,从而调整电机转速,控制卷扬机构,调节氧 枪的升降速度,最终使氧枪在目标枪位停下。由 于氧枪传动系统由升降小车、交流电机、卷扬机构 组成,使得氧枪这个受控对象不是一个简单的线 性模型,而具有非线性、时变、耦合等特点,因此采 用一般的PID 控制算法,不仅超调量大,调节时 间长,动态和稳态性能都难以满足转炉冶炼快节 奏的生产要求。另外,常规的PID 控制最主要的 问题是参数整定问题,即Kp 、Ki 、Kd 3 个参数的 整定要根据被控对象的数学模型来确定。而对于 氧枪受控对象,难以用精确的数学模型来描述,从 而导致PID 参数的合理整定非常困难,因此难以 达到良好的控制效果[ 2 ] 。

        2 　自适应模糊PID 枪位控制方案
        根据转炉炼钢工艺的上述特点以及氧枪定位 控制的原理,分析发现www.cechina.cn,将模糊控制与PID 相结 合,利用模糊自学习和推理实现PID 参数自整 定,设计一种自适应模糊PID 控制算法,可较好 地解决传统PID 枪位控制的不足控制工程网版权所有,原理如图3 。

        图3 中S V 、PV 、DV 分别表示枪位设定值、 过程值、检测值, e 和e
        · 分别为偏差和偏差变化 率, E 和EC 表示e 和e
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