CN108644145A - 一种高炉鼓风机静叶位置的调节方法及装置 - Google Patents

一种高炉鼓风机静叶位置的调节方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高炉鼓风机静叶位置的调节方法及装置，所述方法包括：步骤1)采样获取静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的模拟量，并将模拟量转化为数字量；步骤2)根据接收到的数字量计算控制输出量D；步骤3)将控制输出量D转换成模拟量，然后输出给电液转换器的PID运算控制单元，所述PID运算控制单元根据控制输出量D的模拟量值和静叶位置反馈信号i调节静叶的位置。本发明的方法将电液转换器的PID控制参数经过初步整定后，不需要进行精确的调整，就可以获得稳定的控制效果，可以有效的解决人工整定模拟PID控制参数繁琐、耗时的问题，同时降低对调试人员调试经验的要求。

Description

一种高炉鼓风机静叶位置的调节方法及装置
技术领域
本发明涉及模糊控制器领域，具体而言，涉及到一种高炉鼓风机静叶位置的调节方法及装置。
背景技术
在冶金领域，炼铁高炉需要鼓风机供应稳定的冷风。鼓风机供应的冷风的压力或流量的波动，都影响着高炉的稳定运行。
鼓风机通过静叶调节装置来控制冷风的压力和流量。静叶调节装置包括电液转换器单元和液压驱动单元。电液转换器内部有PID运算控制单元，能够根据静叶位置设定值和反馈值来调节液压驱动单元，进而调节静叶的位置。
电液转换器内PID运算控制单元的PID参数需要调整到合适的位置，才能实现静叶调节装置的稳定控制，电液转换器内PID运算控制单元属于模拟PID运算。目前模拟PID参数的整定要求调试人员具有丰富的PID参数调试经验，并且要调试人员反复调整比例参数或积分参数才能达到控制精度要求，其调试过程非常繁琐、耗时。
另外，当高炉或鼓风机系统的运行工况发生较大的变化后，需要重新调整确定PID参数。否则，鼓风机供应的冷风的压力波动幅度就会偏大，影响高炉的稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于克服目前静叶调节装置电液转换器内PID运算控制单元参数的整定调试过程非常繁琐、耗时的问题；
为实现上述目的，本发明提出了一种高炉鼓风机静叶位置的调节方法，所述方法包括：
步骤1)采样获取静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的模拟量，并将模拟量转化为数字量；
步骤2)根据接收到的数字量计算控制输出量D；
步骤3)将控制输出量D转换成模拟量，然后输出给电液转换器的PID运算控制单元，所述PID运算控制单元根据控制输出量D的模拟量值和静叶位置反馈信号i调节静叶的位置。
作为上述方法的一种改进，所述步骤2)具体包括：
步骤2-1)根据接收到的数字量计算控制偏差e和控制输出量D；
所述控制偏差e为数字化转换后静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的差值；所述控制输出量D为预设范围内的电流信号；
步骤2-2)对控制偏差e和控制输出量D进行模糊化处理，得到所述控制偏差e的5个模糊集：NBe、PBe、ZOe、PSe和PBe和控制输出量D的5个模糊集：NBD、NSD、ZOD、PSD和PBD；
步骤2-3)根据控制偏差e的5个模糊集和控制输出量D的5个模糊集计算模糊关系矩阵R：
R＝(NBe×NBD)∪(NSe×NSD)∪(ZOe×ZOD)∪(PSe×PSD)∪(PBe×PBD)；
其中，模糊运算符号“×”表示取交集运算，模糊运算符号“∪”表示取并集运算；
步骤2-4)根据步骤2-3)得到模糊关系矩阵计算模糊矢量d＝E○R；其中E是控制偏差模糊向量，根据R是模糊关系矩阵，“○”表示相乘；
步骤2-5)根据模糊矢量d按照最大隶属度原则获取控制输出量D的等级，从而根据控制输出量D的取值范围获取该等级对应的控制输出量D的最终值。
作为上述方法的一种改进，所述步骤2-4)的控制偏差模糊向量的数量为5个，分别是控制偏差e的5个模糊集根据控制偏差e的变化划分的7个等级生成向量，所述7个等级：-3，-2，-1，0，1，2，3。
作为上述方法的一种改进，所述步骤2-5)的控制输出量D的等级为9个：-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4。
本发明还提出一种高炉鼓风机静叶位置的调节装置，所述装置包括电液转换器；所述电液转换器包括PID运算控制单元，其特征在于，所述电液转换器还包括模糊控制器，用于对PID运算控制单元的参数进行整定，由此调节静叶的位置。
作为上述装置的一种改进，所述模糊控制器包括模/数转换单元、CPU控制单元和数/模转换单元；
所述模/数转换单元，用于采样获取静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的模拟量，并将模拟量转化为数字量，将数字量发送至CPU控制单元；
所述CPU控制单元，用于根据接收到的数字量计算控制输出量D，然后将控制输出量D发送至数/模转换单元；
所述数/模转换单元，用于将CPU控制单元输出的控制输出量D转换成模拟量，然后输出给电液转换器的PID运算控制单元，所述PID运算控制单元根据控制输出量D的模拟量值和静叶位置反馈信号i调节静叶的位置。
作为上述装置的一种改进，所述CPU控制单元执行的是上述方法中所述步骤2)的具体步骤。
本发明的优势在于：
1、本发明的模糊控制器将电液转换器的PID控制参数经过初步整定后，不需要进行精确的调整，就可以获得稳定的控制效果。
2、当高炉运行工况发生大的波动后，电液转换器的PID控制参数不用重新调整，可以有效的解决人工整定模拟PID控制参数繁琐、耗时的问题，同时降低对调试人员调试经验的要求。
附图说明
图1是安装本发明模糊控制器后的静叶调节装置的控制示意图；
图2是本发明模糊控制器的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细的说明。
如图1所示，本发明1公开了一种高炉鼓风机静叶位置的调节装置,所述装置包括模糊控制器，电液转换器和液压驱动模块；所述模糊控制器包括CPU控制单元，AD单元(模/数转换单元)和DA单元(数/模转换单元)；将静叶位置预设定信号w和静叶位置反馈信号i输入到模糊控制器，所述模糊控制器的AD单元对这两个模拟信号分别进行数字化转换；所述电液转换器内部有PID运算控制单元。
如图2所示,所述模糊控制器包括模/数转换单元、CPU控制单元和数/模转换单元；
所述模/数转换单元，用于采样获取静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的模拟量，并将模拟量转化为数字量，将数字量发送至CPU控制单元；
所述CPU控制单元，用于根据接收到的数字量计算控制输出量D，然后将控制输出量D发送至数/模转换单元；
所述数/模转换单元，用于将CPU控制单元输出的控制输出量D转换成模拟量，然后输出给电液转换器的PID运算控制单元，所述PID运算控制单元根据控制输出量D的模拟量值和静叶位置反馈信号i调节静叶的位置。
所述模糊控制器的CUP控制单元对输入数字信号e采用模糊算法进行模糊运算，用来求解控制输出量D，具体方法主要分五个步骤：
步骤1)输入量和输出流量的模糊化，
控制偏差e的模糊化，将控制偏差e分为5个模糊集：负大(NB)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB)。并将控制偏差e的变化分为7个等级：-3，-2，-1，0，1，2，3，从而得到控制偏差e的模糊变化划分表，如表1:
表1
控制输出量D的模糊化，将控制输出量D分为5个模糊集：负大(NB)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB)。并将控制输出量D的变化分为9个等级：-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4。从而得到控制量D的模糊变化划分表，如表2：
表2
步骤2)根据步骤1)输入量和输出流量模糊化的结果，生成5条模糊规则，
模糊规则1If(e is NB)then(D is NB)，
模糊规则2If(e is NS)then(D is NS)，
模糊规则3If(e is ZO)then(D is ZO)，
模糊规则4If(e is PS)then(D is PS)，
模糊规则5If(e is PB)then(D is PB)；
步骤3)根据步骤2)的模糊规则，求模糊关系，模糊关系R为，
R＝(NBe×NBD)∪(NSe×NSD)∪(ZOe×ZOD)∪(PSe×PSD)∪(PBe×PBD)；
上式中，NBe、PBe、ZOe、PSe、PBe分别表示控制偏差e的5个模糊集，NBD、NSD、ZOD、PSD、PBD分别表示控制量D的5个模糊集。
上式中，模糊运算符号“×”表示取交集运算，例如，NBe×NBD表示模糊集NBe和模糊集NBD取交集；模糊运算符号“∪”表示取并集运算。
步骤4)根据步骤3)的模糊关系进行模糊决策，
模糊控制器的输出的模糊矢量d为偏差向量和模糊关系的合成，即d＝E○R；
在d＝E○R式中，E是控制偏差模糊向量，R是模糊关系矩阵，“○”表示相乘；例如，模糊集PBe对应的E是[0 0 0 0 0 0.5 1]，则
步骤5)控制量的反模糊化，
对模糊矢量d进行反模糊化，得到控制输出量D；
在本发明中，控制输出量D对应的4--20mA电流信号，9个变化量等级-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4所对应的电流信号分别是4mA、6mA、8mA、10mA、12mA、14mA、16mA、18mA、20mA。
模糊矢量d＝[0 0 0 0 0 0.5 0.5 0.5 1]按照“最大隶属度原则”，对应变化等级是4，对应的控制输出量D的电流信号是20mA。
所述模糊控制方法的控制输出量D作为静叶位置设定信号传送给电液转换器的PID计算控制单元。电液转换器根据控制输出量D和静叶位置反馈信号i，利用其中的PID运算来调节控制静叶的位置。
本发明的一种高炉鼓风机静叶位置的调节装置，通过在电液转换器单元中加装模糊控制器，可以实现根据静叶位置设定信号和静叶位置反馈信号的大小来调整输入到电液转换器单元内的信号大小，降低电液转换器单元内PID运算控制单元的超调量，进而降低鼓风机供应的冷风的压力波动幅度。尤其是，当高炉或鼓风机系统的运行工况发生较大的变化时，所述装置能够及时调整输出信号的大小，降低冷风的压力波动幅度。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高炉鼓风机静叶位置的调节方法，所述方法包括：
步骤1)采样获取静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的模拟量，并将模拟量转化为数字量；
步骤2)根据接收到的数字量计算控制输出量D；
步骤3)将控制输出量D转换成模拟量，然后输出给电液转换器的PID运算控制单元，所述PID运算控制单元根据控制输出量D的模拟量值和静叶位置反馈信号i调节静叶的位置。
2.根据权利要求1所述的高炉鼓风机静叶的调节方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：
步骤2-1)根据接收到的数字量计算控制偏差e和控制输出量D；
所述控制偏差e为数字化转换后静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的差值；所述控制输出量D为预设范围内的电流信号；
步骤2-2)对控制偏差e和控制输出量D进行模糊化处理，得到所述控制偏差e的5个模糊集：NBe、PBe、ZOe、PSe和PBe和控制输出量D的5个模糊集：NBD、NSD、ZOD、PSD和PBD；
步骤2-3)根据控制偏差e的5个模糊集和控制输出量D的5个模糊集计算模糊关系矩阵R：
R＝(NBe×NBD)∪(NSe×NSD)∪(ZOe×ZOD)∪(PSe×PSD)∪(PBe×PBD)；
其中，模糊运算符号“×”表示取交集运算，模糊运算符号“∪”表示取并集运算；
步骤2-4)根据步骤2-3)得到模糊关系矩阵计算模糊矢量d＝E○R；其中E是控制偏差模糊向量，根据R是模糊关系矩阵，“○”表示相乘；
步骤2-5)根据模糊矢量d按照最大隶属度原则获取控制输出量D的等级，从而根据控制输出量D的取值范围获取该等级对应的控制输出量D的最终值。
3.根据权利要求2所述高炉鼓风机静叶的调节方法，其特征在于，所述步骤2-4)的控制偏差模糊向量的数量为5个，分别是控制偏差e的5个模糊集根据控制偏差e的变化划分的7个等级生成向量，所述7个等级：-3，-2，-1，0，1，2，3。
4.根据权利要求2或3所述高炉鼓风机静叶的调节方法，其特征在于，所述步骤2-5)的控制输出量D的等级为9个：-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4。
5.一种高炉鼓风机静叶位置的调节装置，所述装置包括电液转换器；所述电液转换器包括PID运算控制单元，其特征在于，所述电液转换器还包括模糊控制器，用于对PID运算控制单元的参数进行整定，由此调节静叶的位置。
6.根据权利要求5所述高炉鼓风机静叶位置的调节装置，其特征在于，所述模糊控制器包括模/数转换单元、CPU控制单元和数/模转换单元；
所述模/数转换单元，用于采样获取静叶位置设定信号w和静叶位置反馈信号i的模拟量，并将模拟量转化为数字量，将数字量发送至CPU控制单元；
所述CPU控制单元，用于根据接收到的数字量计算控制输出量D，然后将控制输出量D发送至数/模转换单元；
所述数/模转换单元，用于将CPU控制单元输出的控制输出量D转换成模拟量，然后输出给电液转换器的PID运算控制单元，所述PID运算控制单元根据控制输出量D的模拟量值和静叶位置反馈信号i调节静叶的位置。
7.根据权利要求6所述高炉鼓风机静叶位置的调节装置，其特征在于，其特征在于，所述CPU控制单元执行权利要求2所述步骤2)的步骤。
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