CN108376006A - 一种退火炉参数自整定温度控制方法 - Google Patents

一种退火炉参数自整定温度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种退火炉参数自整定温度控制方法，包括：判断是否到达采样时间；如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；获得模糊控制表；根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。达到避免因系统闭环中出现的升温慢、控制精度不高等，提高系统稳定性，保证产品质量，最终保证静态和动态下炉区温度精度的技术效果。

Description

一种退火炉参数自整定温度控制方法
技术领域
本发明涉及冷轧带钢领域，尤其涉及一种退火炉参数自整定温度控制方法。
背景技术
退火是冷轧带钢生产中最重要的一个工序,而加热段又是退火过程中一个重要环节。如何控制带钢在加热段的温度显得极其重要。目前对于温度的控制大多是采用PID控制。这种方法简单，便与实现，但是参数整定比较困难，在实际中我们往往是根据经验来手动设定PID参数，且一组整定的参数不能完全适应不同的退火工艺要求，还易产生较大的超调。
但本申请发明人在实现本发明技术方案的过程中，发现上述现有技术至少存在如下技术问题：
现有技术中，根据经验来手动设定PID参数，不能完全适应不同的退火工艺要求，还易产生较大的超调，同时系统闭环退火过程出现的升温速度慢、超调量大、控制精度不高等现象的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种退火炉参数自整定温度控制方法，用以解决现有技术中根据经验来手动设定PID参数，且一组整定的参数不能完全适应不同的退火工艺要求，还易产生较大的超调，控制精度不高等现象的技术问题。
本发明提供了一种退火炉参数自整定温度控制方法，所述方法包括：判断是否到达采样时间；如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；获得模糊控制表；根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。
优选的，在所述判断是否到达采样时间之前，所述方法还包括：将量化因子置入PLC中。
优选的，在判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围之后，所述方法还包括：如超出预定范围，则将所述系统误差e和所述误差变化△e的超出部分修改为上限值或下限值。
优选的，所述方法还包括：所述模糊控制表为根据所述PLD参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验得到的调整规律表。
优选的，所述方法还包括：所述第一输出语言变量包括PID控制模块FB41中的Kp、Ti、Td三个参数。
优选的，所述方法还包括：所述Kp、Ti、Td均为是三角函数形式。
优选的，所述方法还包括：所述系统误差e和误差变化△e均为三角函数形式。
优选的，所述方法还包括：所述系统误差e和误差变化△e的模糊集均取为(NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB)；所述Kp、Ti、Td的模糊集均取为(ZE、S、MB、VB)。
优选的，所述方法还包括：所述系统误差e和误差变化△e的论域取为(-6，-5，-4，-3，-3，-1，0，1，2，3，4，5，6)；所述Kp、Ti、Td的论域取为(0，1，2，3，4，5，6，7，8)。
本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
1、在本发明实施例提供的一种退火炉参数自整定温度控制方法，所述方法包括：判断是否到达采样时间；如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；获得模糊控制表；根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。解决了现有技术中根据经验来手动设定PID参数，且一组整定的参数不能完全适应不同的退火工艺要求，还易产生较大的超调，控制精度不高等现象的技术问题，达到了利用PLC编程软件STEP7 5.1，采用模块化编程方法，使用梯形图及语句表编制程序实现模糊控制算法，对标准的PID控制模块FB41中的Kp、Ti和Td进行模糊参数自整定，以达到良好的控制效果和良好稳定性，使实际带钢温度响应快、稳定、准确，确保了镀锌产品质量的技术效果。
2、本申请实施例通过所述模糊控制表为根据所述PLD参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验得到的调整规律表，达到了具有良好的控制效果和良好稳定性的技术效果。
3、本申请实施例通过所述系统误差e和误差变化△e的模糊集均取为(NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB)；所述Kp、Ti、Td的模糊集均取为(ZE、S、MB、VB)。解决了手动设定PID参数，不能完全适应不同的退火工艺要求，易产生较大的超调的技术问题，达到了避免由于系统闭环过程中出现的升温速度慢、超调量大、控制精度不高等现象，提高了系统的稳定性，保证了产品质量，最终保证静态和动态下炉区温度的精度的技术效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
图1为本发明实施例的一种退火炉参数自整定温度控制方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种退火炉参数自整定温度控制方法，用以解决现有技术中根据经验来手动设定PID参数，且一组整定的参数不能完全适应不同的退火工艺要求，还易产生较大的超调，控制精度不高等现象的技术问题。
本发明实施例中的技术方法，总体思路如下：判断是否到达采样时间；如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；获得模糊控制表；根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。达到了基于PLC实现PID参数的模糊自整定，既保留了PLC控制的可靠性、灵活性等特点，又提高了控制的智能化程度，提高了产品质量，减少消耗的技术效果。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例中一种退火炉参数自整定温度控制方法的流程示意图。如图1所示，所述方法包括：
步骤10：判断是否到达采样时间；
进一步的，在所述判断是否到达采样时间之前，所述方法还包括：将量化因子置入PLC中。
具体来说，根据系统的要求，将量化因子置入到PLC中，用于PID参数自整定的模糊控制器采用二输入三输出的形式，以系统误差e和误差变化△e为输入语言变量，以Kp、Ti和Td为输出语言变量，然后判断是否到达采样的时间。
步骤20：如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；
进一步的，所述方法还包括：所述系统误差e和误差变化△e均为三角函数形式。
具体来说，如判断出已经到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入到PLC存储区中，考虑到所述PLC的性能，所述系统误差e和所述误差变化△e均为三角函数形式。
步骤30：判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；
进一步的，在判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围之后，所述方法还包括：如超出预定范围，则将所述系统误差e和所述误差变化△e的超出部分修改为上限值或下限值。
具体来说，判断所述系统误差e和所述误差变化△e是否超出预定范围，如果判断出所述系统误差e和所述误差变化△e超出了预定范围，则将所述系统误差e和所述误差变化△e的超出部分修改为上限值或下限值，具体看所述系统误差e和所述误差变化△e超出了哪个预定值，举例而言如果所述系统误差e超出了预定范围的上限那么就修改所述系统误差e最大值设定为所述系统误差e的上限值。
步骤40：如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；
具体来说，如果所述系统误差e和所述误差变化△e没有超出预定的范围，那么将所述系统误差e和所述误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区。
步骤50：获得模糊控制表；
进一步的，所述方法还包括：所述模糊控制表为根据所述PLD参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验得到的调整规律表。
具体来说，查询所述模糊控制表得到所对应的数值，获得Kp、Ti、Td三个参数，所述模糊控制表为根据所述PLD参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验的调整规律表。
步骤60：根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；
进一步的，所述方法还包括：所述第一输出语言变量包括PID控制模块FB41中的Kp、Ti、Td三个参数。
进一步的，所述方法还包括：所述Kp、Ti、Td均为是三角函数形式。
具体来说，根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量，所述第一输出语言PID控制模块FB41中的Kp、Ti、Td三个参数，考虑到PLC的性能，Kp、Ti、Td的隶属函数均取三角函数形式。
步骤70：对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；
具体来说，对所述第一输出语言变量，即Kp、Ti、Td去模糊化，从而获得所述第二输出语言变量，因而所述第二输出语言变量为调整后的参数。
步骤80：将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。
具体来说，再将调整后的参数，也就是所述第二输出语言变量输入至PID模块FB41中，并输出控制变量。对标准的PID控制模块FB41中的Kp、Ti和Td进行模糊参数自整定，以达到良好的控制效果和良好的稳定性。
进一步的，所述方法还包括：所述系统误差e和误差变化△e的模糊集均取为(NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB)；所述Kp、Ti、Td的模糊集均取为(ZE、S、MB、VB)。
进一步的，所述方法还包括：所述系统误差e和误差变化△e的论域取为(-6，-5，-4，-3，-3，-1，0，1，2，3，4，5，6)；所述Kp、Ti、Td的论域取为(0，1，2，3，4，5，6，7，8)。
具体来说，所述方法还包括：用于PID参数自整定的模糊控制器采用二输入三输出的形式，以系统误差e和误差变化△e为输入语言变量，以Kp、Ti和Td为输出语言变量，输入e和△e的模糊集均取为(NB NM NS ZE PS PM PB)；输出Kp、Ti和Td的模糊集均取为(ZE S MBVB)；e和△e的论域取为(-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，l，2，3，4，5，6)；Kp、Ti和Td的论域取为(0，1，2，3，4，5，6，7，8)。采用模糊推理，实现对PID参数Kp、Ti和Td的在线自整定，基于PLC实现PID参数的模糊自整定，达到了既保留了PLC控制的可靠性、灵活性等特点，又提高了控制的智能化程度，提高了产品质量，减少消耗的技术效果。
实施例二
下面对本发明的一种退火炉参数自整定温度控制方法进行详细说明，具体如下：
在本发明实施例中，首先，根据系统的要求，将用于PID参数自整定的模糊控制器采用二输入三输出的形式，以系统误差e和误差变化△e为输入语言变量，以Kp、Ti和Td为输出语言变量，输入e和△e的模糊集均取为(NB NM NS ZE PS PM PB)；输出Kp、Ti和Td的模糊集均取为(ZE S MB VB)；e和△e的论域取为(-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，l，2，3，4，5，6)；Kp、Ti和Td的论域取为(0，1，2，3，4，5，6，7，8)，考虑到PLC的性能，e、△e、Kp、Ti和Td的隶属函数均取三角函数形式，根据上述PID参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验可得模糊调节规则的模糊控制表，如下表1模糊控制表所示。
表1
然后，利用PLC编程软件STEP7 5.1，采用模块化编程方法，使用梯形图及语句表编制程序实现模糊控制算法，对标准的PID控制模块FB41中的Kp、Ti和Td进行模糊参数自整定，具体算法为：判断是否到达采样时间；如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；获得模糊控制表；根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。通过对标准的PID控制模块FB41中的Kp、Ti和Td进行模糊参数自整定，以达到良好的控制效果和良好的稳定性。
按照本发明实施例方法得到的测试结果为：实测数据表明模糊PID参数自整定控制较常规的PID控制有更好的控制效果，根据退火过程中温度的变化曲线，设定保温温度为170℃，分别采用两种不同的控制方式，模糊参数自整定控制的超调量比常规PID控制降低70％，上升时间缩短10％。本发明实施例的退火炉加热段的温度控制采用了西门子STEP7控制系统，利用模糊调节器实现对PID的3个参数的自动校正，使实际带钢温度响应快、稳定、准确，确保了镀锌产品的质量。
本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1、在本发明实施例提供的一种退火炉参数自整定温度控制方法，所述方法包括：判断是否到达采样时间；如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；获得模糊控制表；根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。解决了现有技术中根据经验来手动设定PID参数，且一组整定的参数不能完全适应不同的退火工艺要求，还易产生较大的超调，控制精度不高等现象的技术问题，达到了利用PLC编程软件STEP7 5.1，采用模块化编程方法，使用梯形图及语句表编制程序实现模糊控制算法，对标准的PID控制模块FB41中的Kp、Ti和Td进行模糊参数自整定，以达到良好的控制效果和良好稳定性，使实际带钢温度响应快、稳定、准确，确保了镀锌产品质量的技术效果。
2、本申请实施例通过所述模糊控制表为根据所述PLD参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验得到的调整规律表，达到了具有良好的控制效果和良好稳定性的技术效果。
3、本申请实施例通过所述系统误差e和误差变化△e的模糊集均取为(NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB)；所述Kp、Ti、Td的模糊集均取为(ZE、S、MB、VB)。解决了手动设定PID参数，不能完全适应不同的退火工艺要求，易产生较大的超调的技术问题，达到了避免由于系统闭环过程中出现的升温速度慢、超调量大、控制精度不高等现象，提高了系统的稳定性，保证了产品质量，最终保证静态和动态下炉区温度的精度的技术效果。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种退火炉参数自整定温度控制方法，其特征在于，所述方法包括：
判断是否到达采样时间；
如到达采样时间，则将系统误差e和误差变化△e输入PLC存储区中；
判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围；
如不超出预定范围，则将所述系统误差e和误差变化△e输入到语言变量的模糊论域中并置入存储区；
获得模糊控制表；
根据所述模糊控制表和输入到模糊论域中的所述系统误差e和误差变化△e获得第一输出语言变量；
对所述第一输出语言变量去模糊化，获得第二输出语言变量；
将所述第二输出语言变量输入PID模块中，并输出控制变量。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述判断是否到达采样时间之前，所述方法还包括：将量化因子置入PLC中。
3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在判断所述系统误差e和误差变化△e是否超出预定范围之后，所述方法还包括：
如超出预定范围，则将所述系统误差e和所述误差变化△e的超出部分修改为上限值或下限值。
4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述模糊控制表为根据所述PLD参数的整定原则以及对退火炉控制过程中现场参数调节的经验得到的调整规律表。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述第一输出语言变量包括PID控制模块FB41中的Kp、Ti、Td三个参数。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述Kp、Ti、Td均为是三角函数形式。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述系统误差e和误差变化△e均为三角函数形式。
8.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述系统误差e和误差变化△e的模糊集均取为(NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB)；
所述Kp、Ti、Td的模糊集均取为(ZE、S、MB、VB)。
9.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述系统误差e和误差变化△e的论域取为(-6，-5，-4，-3，-3，-1，0，1，2，3，4，5，6)；
所述Kp、Ti、Td的论域取为(0，1，2，3，4，5，6，7，8)。
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