專利名稱：：一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法。
背景技術(shù)：
：目前，國(guó)內(nèi)的工業(yè)爐燃燒控制方式包括蓄熱式換向燃燒、連續(xù)常規(guī)燃燒控制等，這些燃燒控制方式多為比例調(diào)節(jié)形式，即通過(guò)控制燃料、助燃空氣流量的大小使?fàn)t內(nèi)的溫度、燃燒氣氛達(dá)到工藝要求。由于這種控制方式往往受燃料流量的調(diào)節(jié)范圍和測(cè)量等環(huán)節(jié)制約，故目前大多數(shù)加熱爐的控制效果不佳，主要表現(xiàn)為能耗偏高。隨著工業(yè)爐的不斷改進(jìn)，脈沖式燃燒控制技術(shù)在國(guó)內(nèi)外得到一定程度的應(yīng)用，取得了良好效果。脈沖燃燒在這方面比傳統(tǒng)比例燃燒具有很大優(yōu)勢(shì)，其恒定的空/燃比使燃燒效率保持穩(wěn)定和最優(yōu)狀態(tài)，燃?xì)夂涂諝饬髁靠赏ㄟ^(guò)壓力調(diào)整預(yù)先設(shè)定，燒嘴一旦工作，就處于滿負(fù)荷狀態(tài)，保證燒嘴燃燒時(shí)的燃?xì)獬隹谒俣炔蛔?。?dāng)燒嘴在滿負(fù)荷工作時(shí)，燃?xì)饬魉?、火焰形狀、熱效率均可達(dá)到最佳狀態(tài)，爐內(nèi)不會(huì)有過(guò)剩的空氣和燃?xì)猓行У亟档土巳剂舷?，減少了氮氧化物的排放。圖1所示為脈沖式燃燒控制結(jié)構(gòu)框圖，其方法是采用對(duì)爐膛溫度的控制去間接控制燒鋼，以產(chǎn)生工藝特性合格的鋼坯。其爐膛溫度由熱電偶測(cè)得，在控制方法上采用經(jīng)典的PI或PID調(diào)節(jié)以恒定各段工藝溫度設(shè)定值，PID溫度控制調(diào)節(jié)的輸出值(為0_100%的值，代表功率輸出的百分?jǐn)?shù)，用來(lái)給脈沖控制器產(chǎn)生脈沖序列)作為脈沖控制器的輸入值，脈沖控制器輸出控制信號(hào)給相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，最終通過(guò)脈沖控制確定燒嘴的開關(guān)時(shí)間和序列順序，同時(shí)通過(guò)溫度反饋單元反饋溫度信息。下面進(jìn)一步對(duì)脈沖式燃燒控制技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行介紹。輥底式熱處理爐由加熱區(qū)域和均熱區(qū)域組成，每個(gè)區(qū)域又可分為若干個(gè)溫控段，均熱區(qū)溫度設(shè)定為鋼坯出爐的目標(biāo)溫度，加熱區(qū)設(shè)定溫度由加熱工藝決定。爐內(nèi)沒(méi)有裝鋼的情況下，PID溫度控制很容易把各溫控段溫度調(diào)節(jié)到設(shè)定溫度，但是一旦進(jìn)鋼，由于剛進(jìn)入加熱區(qū)域的冷鋼坯溫度很低，一般為常溫，爐內(nèi)溫度700-900度，溫度相差過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致熱電偶測(cè)得的溫度大幅度下降，比設(shè)定溫度下降100度以上，此時(shí)的PID溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)會(huì)由于實(shí)際溫度比設(shè)定溫度低太多而全力供熱調(diào)溫。而鋼坯走后，由于此溫控段沒(méi)有了冷鋼坯，所以溫度會(huì)急劇上升。這種短時(shí)間內(nèi)鋼坯來(lái)時(shí)大幅度的降溫和鋼坯走后的大幅度升溫產(chǎn)生的震蕩會(huì)給PID溫度調(diào)節(jié)帶來(lái)困難，產(chǎn)生較大的超調(diào)量，使此區(qū)域溫度比設(shè)定溫度高出較多。這種情況下的供熱已經(jīng)沒(méi)有了良好的精度，無(wú)論鋼坯的寬、厚、長(zhǎng)短，都幾乎會(huì)同樣持續(xù)全力供熱，每塊鋼坯沒(méi)有吸收的多余熱量或被爐膛吸收或被爐氣帶走，一旦生產(chǎn)節(jié)奏慢下來(lái)，即使不加熱，爐溫也會(huì)急劇上升，遠(yuǎn)超過(guò)工藝設(shè)定溫度，失去了溫控的精度也浪費(fèi)了能源。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，該方法能提高溫控精度，減少損耗。3為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，其特征在于，包括以下步驟①當(dāng)加熱區(qū)域的溫控段沒(méi)有鋼坯進(jìn)入的時(shí)候，用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制；②根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知有鋼坯進(jìn)入加熱區(qū)域的時(shí)候，切斷模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制，進(jìn)行熱能平衡控制；③根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知鋼坯離開的時(shí)候，再切換到模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫控，恒定此溫控段溫度；④在均熱區(qū)域始終采取常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制。步驟①的模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)是在常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入?yún)?shù)模糊校正策略，以使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好，參數(shù)模糊校正策略通過(guò)離線計(jì)算和在線查詢實(shí)現(xiàn)；步驟②所述的進(jìn)行熱能平衡控制是切斷步驟①的模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制后，在模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制的功率輸出基礎(chǔ)上再加上此加熱區(qū)域鋼坯所要額外吸收熱的功率，以保持鋼坯走過(guò)該溫控段，熱量供給平衡。所述步驟①中用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制時(shí)，進(jìn)一步包括以下子步驟測(cè)量加熱區(qū)域的溫控段的溫度偏差e和溫度偏差變化率ec，以溫度偏差e和溫度偏差變化率ec作為模糊輸入，以參數(shù)校正量AKp、AKi、AKd作為輸出；采用離線建立、計(jì)算模糊控制表，存入計(jì)算機(jī)；按公式Kp=KpO+AKp，Ki=KiO+AKi，Kd=KdO+AKd，在線修正PID脈沖調(diào)節(jié)參數(shù)，生產(chǎn)中直接由輸入對(duì)應(yīng)到輸出；Kp表示調(diào)整后比例系數(shù)，KpO表示調(diào)整前比例系數(shù)，AKp表示比例系數(shù)的校正量；Ki表示調(diào)整后積分系數(shù)，KiO調(diào)整前積分系數(shù)，AKi表示積分系數(shù)的校正量；Kd表示調(diào)整前微分系數(shù)，KdO表示調(diào)整后微分系數(shù)，AKd表示微分系數(shù)的校正量。所述步驟②進(jìn)行熱能平衡控制時(shí)，進(jìn)一步包括以下子步驟通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)法確定某種鋼坯在某溫控區(qū)域單位體積和時(shí)間所需的供熱P1，把此數(shù)據(jù)記錄在控制規(guī)則中；生產(chǎn)中，鋼坯進(jìn)入該區(qū)域后從模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)切換到此控制方式，該區(qū)域某一時(shí)刻的輸出為XI=W1+U1，其中Wl是鋼坯進(jìn)入此區(qū)域前進(jìn)行模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)時(shí)的常規(guī)輸出，Ul是為了達(dá)到能量平衡進(jìn)行的額外供熱，Ul=(PlXaXbXc)/Yl，其中Wl、Ul均代表功率輸出的百分比(為0-100%的數(shù)值)，a、b、c為當(dāng)前時(shí)刻鋼坯進(jìn)入的長(zhǎng)、寬、高，Yl為此溫控區(qū)域最大功率；鋼坯走過(guò)此區(qū)域后，切換回模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果1)本發(fā)明在加熱區(qū)域的溫控段采取模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)和熱能平衡控制供熱結(jié)合進(jìn)行加熱區(qū)域的溫控段的控制。有鋼坯時(shí)按鋼坯的體積和鋼種特性的供熱進(jìn)行熱能平衡控制，沒(méi)有鋼坯時(shí)采用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制；溫控精度更好，系統(tǒng)響應(yīng)快，超調(diào)可控制在l(TC以內(nèi)(提高了溫控精度)，控溫準(zhǔn)確，動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，大大節(jié)約燃料。2)在熱處理爐的加熱區(qū)域的溫控段引入模糊自適應(yīng)實(shí)時(shí)修正PID參數(shù)，使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好，超調(diào)更小，調(diào)節(jié)時(shí)間變短，而且?guī)ё哉ǖ南到y(tǒng)可以更好適應(yīng)不同的工況調(diào)節(jié)。3)本發(fā)明改善輥底式連續(xù)熱處理爐加熱段冷鋼坯進(jìn)入而引起爐溫大擾動(dòng)帶來(lái)的控制困難。圖1是現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)控制的結(jié)構(gòu)框圖。圖2是系統(tǒng)維持原供熱情況下溫控段溫度示意圖。圖3是常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)控制情況下溫控段溫度示意圖。圖4是熱能平衡控制情況下溫控段溫度示意圖。圖5是模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制的結(jié)構(gòu)框圖。圖6是模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)與常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)控制響應(yīng)曲線的比較圖。圖7是模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制中e、ec以及Kp、Ki、Kd的隸屬函數(shù)圖。圖8是本發(fā)明加熱段整體的控制結(jié)構(gòu)框圖。其中，1-鋼坯消耗熱量、2_爐膛溫度、3_額外供給熱量。圖5中"d/dt"為將誤差對(duì)時(shí)間求導(dǎo)。具體實(shí)施例方式下面以具體實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明傳統(tǒng)的脈沖燃燒的熱處理過(guò)程中，溫度的控制全部采取常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)控制，而在本發(fā)明提供的熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法下，對(duì)熱處理爐的加熱區(qū)域和均熱區(qū)域的溫度控制采取不同處理方式，即加熱區(qū)域根據(jù)鋼坯進(jìn)入的時(shí)機(jī)不同采取不同的溫控技術(shù)，并對(duì)此區(qū)域PID控制的參數(shù)進(jìn)行模糊自整定，而均熱區(qū)域始終采取常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制。本發(fā)明具體采用如下的步驟①當(dāng)加熱區(qū)域的溫控段沒(méi)有鋼坯進(jìn)入的時(shí)候，用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制；②根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知有鋼坯進(jìn)入加熱區(qū)域的時(shí)候，切斷模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制，進(jìn)行熱能平衡控制；③根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知鋼坯離開的時(shí)候，再切換到模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫控，恒定此溫控段溫度；④在均熱區(qū)域始終采取常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制。步驟①的處理使得下一塊鋼坯到來(lái)時(shí)，此溫控段的工藝溫度精確；步驟②的處理使得在模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)的功率輸出基礎(chǔ)上再加上此區(qū)域鋼坯所要額外吸收熱的功率，以保持此鋼坯走過(guò)該溫控段，熱量供給平衡，該溫控段溫度基本不變；步驟③的處理使得鋼坯走過(guò)該溫控段后，及時(shí)調(diào)整步驟②處理后的溫度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間，迅速達(dá)到精確的工藝溫度；步驟④的處理，由于進(jìn)入均熱區(qū)域的鋼坯溫度已經(jīng)接近爐溫，所以鋼坯進(jìn)入此區(qū)域不會(huì)造成加熱區(qū)那樣劇烈的爐溫波動(dòng)，而均熱段又需要有精確的爐膛溫度，因而這種情況下采用常規(guī)的PID脈沖調(diào)節(jié)就能帶來(lái)較高的溫度控制精度。5所述步驟①中用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制時(shí)，進(jìn)一步包括以下子步驟測(cè)量加熱區(qū)域的溫控段的溫度偏差e和溫度偏差變化率ec，以溫度偏差e和溫度偏差變化率ec作為模糊輸入，以參數(shù)校正量AKp、AKi、AKd作為輸出；采用離線建立、計(jì)算模糊控制表，存入計(jì)算機(jī)；按公式Kp=KpO+AKp，Ki=KiO+AKi，Kd=KdO+AKd，在線修正PID脈沖調(diào)節(jié)參數(shù)，生產(chǎn)中直接由輸入對(duì)應(yīng)到輸出；Kp表示調(diào)整后比例系數(shù)，KpO表示調(diào)整前比例系數(shù)，AKp表示比例系數(shù)的校正量；Ki表示調(diào)整后積分系數(shù)，KiO調(diào)整前積分系數(shù)，AKi表示積分系數(shù)的校正量；Kd表示調(diào)整前微分系數(shù)，KdO表示調(diào)整后微分系數(shù)，AKd表示微分系數(shù)的校正量。此區(qū)域采取模糊規(guī)則去修正PID參數(shù)原因如下雖然鋼坯進(jìn)入時(shí)采取熱平衡控制會(huì)對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)有很大改善，但是加熱段的鋼坯進(jìn)入前和離開后仍接近此溫控段，對(duì)溫度的影響相對(duì)均熱段來(lái)說(shuō)仍屬于較大，且爐溫的升降具有強(qiáng)烈的不對(duì)稱性，且是非線性的。因此固定的PID參數(shù)不能很好滿足系統(tǒng)的需求，需要不斷地校正。步驟②在原PID控溫保持爐溫的功率輸出基礎(chǔ)上再加上此區(qū)域鋼坯所要額外吸收熱的功率，以保持此鋼坯走過(guò)該溫控段，熱量供給平衡。由于工藝考慮板坯厚度規(guī)格引起的工藝制度的變化，從而由工藝確定不同厚度鋼坯速度，所以可以認(rèn)為鋼坯的吸熱是跟體積成正比的。步驟②的具體方法是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)法確定某種鋼坯在某溫控區(qū)域單位體積和時(shí)間所需的供熱P1，把此數(shù)據(jù)記錄在控制規(guī)則中。若某溫控區(qū)域最大功率為Yl，生產(chǎn)時(shí)，設(shè)此種鋼坯進(jìn)入此區(qū)域前，此區(qū)模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)此時(shí)的輸出為Wl(Wl為0-100%的數(shù)值，代表功率輸出的百分比)，鋼坯進(jìn)入該區(qū)域后切換控制方式，該段某一時(shí)刻的輸出為XI二W1+U1，其中U1(W1為0-100%的數(shù)值)是為了達(dá)到能量平衡進(jìn)行的額外供熱，Ul=(PlXaXbXc)/Yl。a，b，c為當(dāng)前時(shí)刻鋼坯進(jìn)入的長(zhǎng)、寬、高。鋼坯走后，切換回模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制，由于走后的一瞬間a=O，所以此時(shí)的輸出XI=Wl，與切換前的模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)的輸出一致，所以切換可以無(wú)擾動(dòng)。結(jié)合附圖2-6的進(jìn)行比較分析本發(fā)明提供的熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法所取得的技術(shù)效果。圖2所示為系統(tǒng)維持原供熱情況下溫控段溫度示意圖，通過(guò)該圖可見(jiàn)，在加熱段，如果鋼坯進(jìn)入該溫控段后系統(tǒng)仍維持原供熱，則當(dāng)鋼坯走過(guò)后，此溫控段溫度會(huì)由于被鋼坯帶走一部分而下降。圖3所示為常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)控制情況下溫控段溫度示意圖，通過(guò)該圖可見(jiàn)，用常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫控，因?yàn)闊犭娕紲y(cè)得的溫度會(huì)由于鋼坯的進(jìn)入和離開大幅度波動(dòng)，又由于鋼坯的種類，體積和前進(jìn)速度都各不相同，而在PID系統(tǒng)下，大幅度的溫度變化又都進(jìn)行幾乎同樣的大幅度輸出調(diào)整。所以系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度控制，而導(dǎo)致大的超調(diào)，使供熱過(guò)多，爐溫升高，浪費(fèi)能源。圖4所示為熱能平衡控制情況下溫控段溫度示意圖，通過(guò)該圖可見(jiàn)，熱能的平衡控制會(huì)在維持原爐溫的基礎(chǔ)上，額外把鋼坯的吸收的熱進(jìn)行補(bǔ)充，按鋼坯的吸熱去供熱，以抵消鋼坯帶走的溫度降低。圖5所示為模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制(模糊PID自適應(yīng)脈沖式燃燒控制)的結(jié)構(gòu)框圖，通過(guò)該圖可見(jiàn)，在加熱段可以通過(guò)模糊規(guī)則去不斷修正參數(shù)Kp、Ki、Kd，使PID參數(shù)更好地適應(yīng)控制系統(tǒng)。圖6所示為模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)與常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)控制響應(yīng)曲線的比較，通過(guò)該圖可見(jiàn)，模糊PID比常規(guī)的PID有更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，調(diào)節(jié)時(shí)間短，超調(diào)小，系統(tǒng)響應(yīng)快。圖7所示為模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制中e、ec以及Kp、Ki、Kd的隸屬函數(shù)圖。通過(guò)附圖2-4的比較可以得知，在加熱區(qū)域引入熱能的平衡控制技術(shù)使得溫度調(diào)節(jié)更加精準(zhǔn)，并且減少了能量損耗。圖8所示為本發(fā)明加熱段整體的控制結(jié)構(gòu)框圖，通過(guò)該圖可見(jiàn)，在加熱段沒(méi)有鋼坯進(jìn)入時(shí)采取模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度反饋控制，在加熱段有鋼坯進(jìn)入時(shí)取消模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)而采取熱能平衡控制進(jìn)行脈沖調(diào)節(jié)。其中加熱段模糊PID自適應(yīng)的建立方法如下經(jīng)過(guò)按鋼坯體積供熱處理的控制溫度的波動(dòng)e的基本論域在(-1515)。C內(nèi)，溫度變化率ec的基本論域?yàn)?_99)°C/min;AKp、AKi、AKd的基本論域分別為(_0.90.9)、(-0.090.09)、(-0.30.3)。模糊語(yǔ)言變量量化到整數(shù)論域{_6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}，因此量化因子Ke=6/15=2/5，Kec=6/9=2/3;比例因子AKUp=0.9/6=0.15，AKm=0.09/6=0.015，AKud=0.3/6=0.005。其模糊子集為e，ec，Kp、Ki、Kd={NB，NM，NS，Z0，PS，PM，PB}，子集中元素分別代表負(fù)大，負(fù)中，負(fù)小，零，正小，正中，正大。由圖7的隸屬度函數(shù)可得模糊賦值表如下-6-5■4-3誦2-l0123456PB0000000000.10.40.81.0PM0000000000.11.00.1PS00000000.51.00.5000zo000000.51.00.500000NS0000.51.00.50000000NM00.51.00.5000000000NB1.00.80.40.1000000000根據(jù)PID參數(shù)整定原則及調(diào)試運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，可以列出輸出變量AKp、AKi、AKd的控制規(guī)則如下AKp的模糊校正規(guī)則表NB麗NSZOPSPMPBNBPBPBPMPMPSZOZONMPBPBPMPSPSZONSNSPMPMPMPSZONSNSZOPMPMPSZONS麗麗PSPSPSZONSNSNM畫PMPSZONSNM雨雇NBPBZOZO菌麗菌NBNBAKi的模糊校正規(guī)則表g_NB畫NSZOPSPMPBNBNBNB麗雨NSZOZOMMNBNB畫NSNSZOZONSNBNMNSNSZOPSPSZONM畫NSZOPSPMPMPSMMNSZOPSPSPMPBPMZOZOPSPMPMPBPBPBZOZOPSPMPMPBPBAKd的模糊校正控制規(guī)則表NBNMNSZOPSPMPBNBPSNSNBNBNBNMPS畫PSNSNB雨NMNSZONSZONS麗麗NSNSZOZOZO.NSNSNS'''NSNSZOPSZOZOZOZOZOZOZOPMPBNSPSPSPSPSPBPBPBPMPMPMPSPSPB模糊控制器的設(shè)計(jì)采用加權(quán)平均的解模糊判決方法，選取隸屬度函數(shù)作為加權(quán)系數(shù)，離線利用Matlab編程來(lái)實(shí)現(xiàn)模糊控制表的計(jì)算，結(jié)果如下AKp參數(shù)的模糊調(diào)整控制表8-6-54-3-2-l0123456-66665444322210-56665444321110-46665444321000-35433210-l-l-l-2444443210-l-2-2-2-l43333210-l-l-2-3-304322210-l隱2-2-2-31332110-l-1-2-3-3-3-4222210-l-2-2-2-3■431110-l-2-3-3隱3-3■4-5-54000-l-2-3■4■4-4-5-650-l-l-l-2-3■4■4-5-5-5■660-l-2-2-2-3■44■4-5■6-66AKi參數(shù)的模糊調(diào)整控制表6-54-3-2-10123456-6-6-6-6-6-6-5-4-4-4-2000-5-6-6-6-5-5-5-4-3-3-2000-4-6-6-6-5-4-4-4-3-2-1000-3-5-5-5-4-3-3-3-2-l0111-2-4-4-4-3-2-2-2-l01222-l-4-3-3-3-2-1-10123330-4-3-2-2-2-101234441-3-3-2-l-l011234442-2-2-2-l0122234443-1-1-l012333455400012344456665000123455566660001234666666AKd參數(shù)的模糊調(diào)整控制表<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>將上述查詢表存放到PLC中。在過(guò)程控制中，PLC直接根據(jù)采樣和論域變換得來(lái)的以論域元素形式表現(xiàn)的誤差和誤差變化率，由查詢表的第i行和第j列找到跟誤差和誤差變化率對(duì)應(yīng)的，同樣以論域元素形式表現(xiàn)的控制量，然后控制量乘以上述的比例因子就得到實(shí)際校正控制量AKp、AKi、AKd。在線自校正PID參數(shù)，計(jì)算公式如下Kp=Kp0+AKp，Ki=Ki0+AKi，Kd=Kd0+AKd。這樣模糊控制策略通過(guò)離線計(jì)算和在線查詢實(shí)現(xiàn)，可以得到較好的控制品質(zhì)和良好的實(shí)時(shí)性。加熱段能量供給規(guī)則的獲得過(guò)程采取實(shí)驗(yàn)法。由于工藝已經(jīng)考慮了板坯規(guī)格引起的工藝制度的變化，從而由工藝確定鋼坯速度，所以可以認(rèn)為鋼坯的吸熱是跟體積成正比的。每個(gè)鋼種由工藝制定各溫控區(qū)經(jīng)驗(yàn)工藝溫度。調(diào)試階段，在某一鋼種進(jìn)入溫控段時(shí)進(jìn)行控溫，以使該鋼坯通過(guò)此溫控段后，此段溫度基本恒定，此時(shí)記錄試驗(yàn)鋼坯的規(guī)格和速度。由此溫控段所有燒嘴的功率累加可得到供熱段的設(shè)計(jì)總功率Y1，設(shè)該鋼坯長(zhǎng)、寬、高為a，b，c，該溫控段長(zhǎng)為L(zhǎng)l，鋼坯速度為Vl，通過(guò)時(shí)間為tl=(Ll+a)/Vl，鋼坯進(jìn)入前的輸出為Wl(Wl為0_100%的數(shù)值，代表功率輸出的百分比)，由鋼坯通過(guò)期間每時(shí)刻的功率輸出值很容易累計(jì)出鋼坯通過(guò)其間溫控段的總供熱Q1。因此鋼坯在此區(qū)域期間的額外供熱可表示為Q=Ql-WlXYlXtl，從而可算出此種鋼坯在該溫控段單位時(shí)間單位長(zhǎng)度所需供熱約為(QXVl)/[aXbXcXLl]，即該鋼種的所需標(biāo)準(zhǔn)單位額定功率，然后把此溫控段的此鋼種單位額定所需功率、鋼種等信息都記錄到溫度控制的規(guī)則中。若工藝對(duì)爐溫和鋼坯速度的設(shè)定已考慮了不同鋼種吸熱不同的因素，則可認(rèn)為任何種類鋼坯經(jīng)過(guò)此區(qū)域都具有相同的所需額定功率；若工藝上未作考慮，則還需按此方法在工程調(diào)試階段去完善溫度控制的各個(gè)鋼種規(guī)格表格，由此按鋼坯體積供熱控制規(guī)則制定完畢。最后按此規(guī)則表格定義的輸出功率和模糊PID的自校正規(guī)則進(jìn)行下面的溫度控制。生產(chǎn)時(shí)，設(shè)此種鋼坯進(jìn)入此區(qū)域前，該區(qū)以模糊PID調(diào)節(jié)，PID參數(shù)校正規(guī)則按上述方法。把爐溫控制在工藝設(shè)定溫度，此時(shí)的輸出為W1(W1為0_100%的數(shù)值，代表功率輸出的百分比)，鋼坯進(jìn)入該區(qū)域后切換控制方式。為保證供熱，切換后該段某一時(shí)刻的輸出應(yīng)為X1二W1+U1，其中U1(U1為0_100%的數(shù)值)是為了達(dá)到能量平衡進(jìn)行的額外供熱，且Ul=(PlXaXbXc)/Yl，參數(shù)a，b，c為當(dāng)前時(shí)刻鋼坯進(jìn)入的長(zhǎng)、寬、高?？梢?jiàn)，隨著鋼坯的進(jìn)入，供熱輸出會(huì)增加；同樣隨著鋼坯的離開，鋼坯的供熱逐漸減小。鋼坯走后，切換回模糊PID控制，由于走后的一瞬間a=0，所以此時(shí)的輸出XI=Wl，與切換前的模糊PID輸出一致，因此切換可以無(wú)擾動(dòng)。下面進(jìn)一步給出本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例現(xiàn)有一連續(xù)退火爐，分12段24區(qū)溫度控制，每段上下兩個(gè)溫控區(qū)。前8段為加熱段，后4段為均熱段。無(wú)鋼坯進(jìn)入時(shí)前八段采取模糊PID脈沖燃燒控制，后四段為常規(guī)PID脈沖燃燒控制。設(shè)某鋼種按生產(chǎn)工藝確定設(shè)定溫度，1-2段S2(TC，3-4段S5(TC，5段870°C，6段890°C，7-12段900°C，目標(biāo)出爐溫度900°C，無(wú)鋼坯時(shí)的模糊或常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)均可進(jìn)行精確的溫度控制。首先制定按鋼坯的體積和鋼種特性的供熱的控制規(guī)則，以加熱段1段1區(qū)為例說(shuō)明，進(jìn)鋼時(shí)鋼坯經(jīng)過(guò)時(shí)加大供熱功率，用手動(dòng)調(diào)試法控制1區(qū)溫度，盡量使鋼坯走后1區(qū)的溫度仍保持在820度左右，此時(shí)記下該塊鋼坯的基本數(shù)據(jù)鋼種15MnNbR、長(zhǎng)8000mm、寬1800mm、厚60mm、運(yùn)行速度0.49m/min，以及儀表系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的供熱量Ql=1594776kj，由于1區(qū)總功率為Y1二2200kw，進(jìn)鋼前l(fā)區(qū)輸出Wl=13%，且1區(qū)長(zhǎng)度8000mm，所以可算出鋼坯在此區(qū)域期間的額外供熱為Q=Ql-WlXYlXtl=1034449kj。由此可計(jì)算出此鋼種在1區(qū)的單位標(biāo)準(zhǔn)額定功率P1=(QXVl)/[aXbXcXLl]=1222.22kw。把鋼種、P1、Y1的信息記錄在控制規(guī)則中，初步完成此區(qū)的規(guī)則定義。在加熱段，鋼坯進(jìn)入此溫控區(qū)之前，PID控制系統(tǒng)按工藝設(shè)定溫度把溫度控制在820度，其間PID參數(shù)進(jìn)行模糊自整定。整定以Kp舉例，如Kp初始設(shè)定為1.5，鋼坯進(jìn)入之前區(qū)域溫度815t:，且以每分鐘3t:的速度下降，模糊化后e=-5X(2/5)=-2，ec=-3X(2/3)=-2，對(duì)應(yīng)AKp調(diào)整控制表，AKp去模糊化為4X0.15=0.6，所以可得模糊校正后的Kp=1.5+0.6=2.1，Ki、Kd也按此校正。調(diào)節(jié)期間，此時(shí)設(shè)功率輸出為全功率輸出的W1=14%，待鋼坯進(jìn)入1區(qū)，切出模糊PID控制，進(jìn)行按功率輸出控制。此時(shí)隨著鋼坯進(jìn)入此區(qū)的體積增加，系統(tǒng)按規(guī)則調(diào)整加大功率，設(shè)鋼坯寬1600mm，厚80mm，某時(shí)刻進(jìn)入?yún)^(qū)域長(zhǎng)度4000mm，則此刻的輸出功率應(yīng)為Xl=(1.6X0.08X4X1222.22)/2200+14%=42.4%，此時(shí)按42.4%的功率輸出進(jìn)行脈沖序列控制。隨著鋼坯的離開此區(qū)，功率輸出逐漸減小，直至鋼坯完全離開1區(qū)，l區(qū)無(wú)鋼，輸出功率為14X，切換至模糊PID(若1區(qū)仍有鋼進(jìn)來(lái)，則不切換，繼續(xù)按體積功率進(jìn)行控制)，鋼坯離開后將溫度仍穩(wěn)定在820度。1-8段加熱段均如此控制，而9-12段均熱段始終按常規(guī)PID控制將溫度精確穩(wěn)定在900度。權(quán)利要求一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，其特征在于，包括以下步驟①當(dāng)加熱區(qū)域的溫控段沒(méi)有鋼坯進(jìn)入的時(shí)候，用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制；②根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知有鋼坯進(jìn)入加熱區(qū)域的時(shí)候，切斷模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制，進(jìn)行熱能平衡控制；③根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知鋼坯離開的時(shí)候，再切換到模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫控，恒定此溫控段溫度；④在均熱區(qū)域始終采取常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，其特征在于步驟①的模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)是在常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加入?yún)?shù)模糊校正策略，以使系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好，參數(shù)模糊校正策略通過(guò)離線計(jì)算和在線查詢實(shí)現(xiàn)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，其特征在于步驟②所述的進(jìn)行熱能平衡控制是切斷步驟①的模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制后，在模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制的功率輸出基礎(chǔ)上再加上此加熱區(qū)域鋼坯所要額外吸收熱的功率，以保持鋼坯走過(guò)該溫控段，熱量供給平衡。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，其特征在于所述步驟①中用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制時(shí)，進(jìn)一步包括以下子步驟測(cè)量加熱區(qū)域的溫控段的溫度偏差e和溫度偏差變化率ec，以溫度偏差e和溫度偏差變化率ec作為模糊輸入，以參數(shù)校正量AKp、AKi、AKd作為輸出；采用離線建立、計(jì)算模糊控制表，存入計(jì)算機(jī)；按公式Kp=KpO+AKp，Ki=KiO+AKi，Kd=Kd0+AKd，在線修正PID脈沖調(diào)節(jié)參數(shù)，生產(chǎn)中直接由輸入對(duì)應(yīng)到輸出；Kp表示調(diào)整后比例系數(shù)，KpO表示調(diào)整前比例系數(shù)，AKp表示比例系數(shù)的校正量；Ki表示調(diào)整后積分系數(shù)，KiO調(diào)整前積分系數(shù)，AKi表示積分系數(shù)的校正量；Kd表示調(diào)整前微分系數(shù)，Kd0表示調(diào)整后微分系數(shù)，AKd表示微分系數(shù)的校正量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，其特征在于所述步驟②進(jìn)行熱能平衡控制時(shí)，進(jìn)一步包括以下子步驟通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)法確定某種鋼坯在某溫控區(qū)域單位體積和時(shí)間所需的供熱Pl，把此數(shù)據(jù)記錄在控制規(guī)則中；生產(chǎn)中，鋼坯進(jìn)入該區(qū)域后從模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)切換到此控制方式，該區(qū)域某一時(shí)刻的輸出為XI=W1+U1，其中Wl是鋼坯進(jìn)入此區(qū)域前進(jìn)行模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)時(shí)的常規(guī)輸出，Ul是為了達(dá)到能量平衡進(jìn)行的額外供熱，Ul=(PlXaXbXc)/Yl，其中Wl、Ul均代表功率輸出的百分比，a、b、c為當(dāng)前時(shí)刻鋼坯進(jìn)入的長(zhǎng)、寬、高，Yl為此溫控區(qū)域最大功率；鋼坯走過(guò)此區(qū)域后，切換回模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)。全文摘要本發(fā)明涉及熱處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法。一種熱處理爐脈沖燃燒的溫度控制方法，其特征在于，包括以下步驟①當(dāng)加熱區(qū)域的溫控段沒(méi)有鋼坯進(jìn)入的時(shí)候，用模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制；②根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知有鋼坯進(jìn)入加熱區(qū)域的時(shí)候，切斷模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)控制，進(jìn)行熱能平衡控制；③根據(jù)熱處理爐物料跟蹤信息獲知鋼坯離開的時(shí)候，再切換到模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫控，恒定此溫控段溫度；④在均熱區(qū)域始終采取常規(guī)PID脈沖調(diào)節(jié)進(jìn)行溫度控制。本發(fā)明在加熱段采取模糊自適應(yīng)PID脈沖調(diào)節(jié)和熱平衡供熱結(jié)合進(jìn)行加熱段的控制，溫控精度更好，超調(diào)可控制在10℃以內(nèi)，起到控溫準(zhǔn)確，動(dòng)態(tài)相應(yīng)快，節(jié)能的效果。文檔編號(hào)C21D11/00GK101693945SQ20091027233公開日2010年4月14日申請(qǐng)日期2009年9月29日優(yōu)先權(quán)日2009年9月29日發(fā)明者李陽(yáng)申請(qǐng)人:中冶南方(武漢)自動(dòng)化有限公司;