CN109648057B - 一种连铸中包液位稳定控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种连铸中包液位稳定控制方法及系统，该发明采集液位重量信号，并对液位重量信号进行预处理；根据所采集液位重量信号，采用最小二乘法曲线拟合算法计算液位重量变化率；根据液位重量偏差和液位重量变化率，采用模糊控制算法，利用控制规则库计算一次液压阀输出时间。本发明控制精度高，控制精度能达到≤0.3t，液面波动小，且输出最优的脉冲宽度控制使液位调节次数大大减少，提高液压阀的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及中包液位控制领域，具体涉及一种连铸中包液位稳定控制方法及系统。
背景技术
连铸中包液位控制是通过控制钢包滑动水口实现，滑动水口则通过控制液压油缸的开关阀动作来调节水口滑板开度，现有控制方法主要根据中包实际重量与设定重量偏差，采用PID（比例积分微分）控制算法，在设定的间隔时间内，计算一次控制值，并根据控制值大小，控制液压阀一次输出动作时间，实现对滑动水口的一次开度调节。然而，水口滑板动作与液位实际反应有较大的滞后性，在连续的几个间隔时间内，液位因滞后反应而不变化，导致连续控制几次滑板输出，致使液位超调；如果设置间隔时间加长，可以减少因液位的滞后反应而导致滑板输出次数，但当液位超出偏差后，又得不到及时控制，同样导致液位超调。
另外，由于水口滑板调节是通过控制液压阀开关动作实现，故水口滑板无法实现连续调节控制，只能通过间隔时间输出脉冲宽度来完成滑板开度控制，再加上液位反应的滞后性，无论如何设定间隔时间，都无法弥补该方法动态响应慢的缺点，也就无法实现有效的液位稳定控制，其结果导致控制精度差，液位来回波动。中包液面波动容易引起连铸卷渣，导致铸坯缺陷，影响铸坯质量。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种连铸中包液位稳定控制方法及系统，提高液位控制精度，消除液位大范围波动。
本发明的技术方案是：一种连铸中包液位稳定控制方法，包括以下步骤：
采集液位重量信号，并对液位重量信号进行预处理；
根据所采集液位重量信号，采用最小二乘法曲线拟合算法计算液位重量变化率；
根据液位重量偏差和液位重量变化率，采用模糊控制算法，利用控制规则库计算一次液压阀输出时间。
进一步地，所述对液位重量信息进行预处理为：对液位重量信息进行滤波处理。
进一步地，所述对液位重量信息进行滤波处理包括二阶低通滤波处理和卡尔曼滤波处理。
进一步地，还包括以下步骤：
检测液压阀动作时的液位重量信号，若液位重量不在预设范围内，则发出报警信号；
存储液位重量偏差、液位重量变化率、液压阀输出时间及液压阀动作时液位重量信号数据；
根据所存储数据调整优化控制规则库。
进一步地，还包括以下步骤:
检测所存储数据容量，当数据容量大于预设值时，按时间先后顺序，依次删除最先存储的数据，直至数据容量小于预设值。
本发明还提供一种连铸中包液位稳定控制系统，包括：
液位重量信息采集处理模块：用于采集液位重量信号，并对液位重量信号进行预处理；
液位重量变化率计算模块：用于根据所采集液位重量信号，采用最小二乘法曲线拟合算法计算液位重量变化率；
液压阀输出时间计算模块：用于根据液位重量偏差和液位重量变化率，采用模糊控制算法，利用控制规则库计算液压阀输出时间。
进一步地，液位重量信息采集处理模块对液位重量信息进行滤波处理。
进一步地，液位重量信息采集处理模块对液位重量信息进行滤波处理包括二阶低通滤波处理和卡尔曼滤波处理。
进一步地，还包括：
报警模块：用于检测液压阀动作时的液位重量信号，若液位重量不在预设范围内，则发出报警信号；
数据存储模块：用于存储液位重量偏差、液位重量变化率、液压阀输出时间及液压阀动作时液位重量信号数据；
控制规则库优化模块：用于根据所存储数据调整优化控制规则库。
进一步地，还包括：
数据检测删除模块：用于检测所存储数据容量，当数据容量大于预设值时，按时间先后顺序，依次删除最先存储的数据，直至数据容量小于预设值。
本发明提供的连铸中包液位稳定控制方法及系统，利用低通滤波和卡尔曼滤波算法，将液位重量信号转化为连续平滑曲线，并采用最小二乘法的曲线拟合算法，计算得到中包液位重量变化率；根据液位重量偏差和变化率，采用模糊智能控制算法，得到精确的液压阀脉冲输出宽度。该控制方法的控制精度高，控制精度能达到≤0.3t，液面波动小，且输出最优的脉冲宽度控制使液位调节次数大大减少，提高液压阀的使用寿命。
附图说明
图1是本发明具体实施例一方法流程示意图。
图2是本发明具体实施例二方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
实施例一
本实施例提供一种连铸中包液位稳定控制方法，通过改进控制算法，采用先进控制滤波控制算法和曲线拟合方法，计算得到液位变化率，结合重量偏差，利用模糊控制算法，精准计算出一次阀门控制输出动作时间，并实时根据液位变化率，实时调整间隔时间，实现液位自动控制，并具有控制动态响应快，控制精度高，液位波动范围小的特点。
本方法具体包括以下步骤：
S1：采集液位重量信号，并对液位重量信号进行预处理。
需要说明的是，液位信号检测通过控制系统模拟量信号模板进行采集，如模拟采集位为12位，则控制精度为：液位检测量程/212，如果中包重量量程为100t，则采集精度为：0.0244t，当液位信号正处于采集精度的临界点上，液位在0.0244t变化范围内来回跳动，对液位控制产生非常大的影响，必须对输入信号进行处理。
另外，重量信号按精度值的倍数进行变化，导致输入信号出现阶跃变化，必须要对重量值信号进行平滑处理，使输入信号转化为连续信号。
液位重量信号预处理方法采用两级滤波算法，第一级采用二阶低通算法，该算法对高周期变化信号进行滤波，消除重量值信号正好处于采集临界点上而导致的信号波动；第二级滤波采用卡尔曼滤波算法，对信号进行平滑处理，使重量信号转化为连续信号，为计算得到液位变化率计算奠定基础。
S2：根据所采集液位重量信号，采用最小二乘法曲线拟合算法计算液位重量变化率。
液位变化率是本控制算法的核心参数和关键控制点，本实施例采用最小二乘法曲线拟合算法，根据现场重量变化趋势，确定采集个数和函数曲线次数，计算得到当前实时液位变化率。
S3：根据液位重量偏差和液位重量变化率，采用模糊控制算法，利用控制规则库计算一次液压阀输出时间。
液位重量偏差指实际采集液位重量与设定液位重量阈值之间的差值。
采用模糊控制算法，利用人工经验控制规则库，推理计算出一次液压阀控制输出脉冲宽度。合适的脉冲宽度将使水口滑板一次调节到位，减少液压阀调节次数，液位控制平稳，液位波动小。
本实施例中，间隔时间也是动态变化。当系统稳态运行一段时间后，液位平衡一旦打破，系统立即控制滑板输出时，下次间隔根据液位的滞后时间和液位变化率动态调整，使液位的动态性能得到保证。
本实施例的控制方法控制精度高，控制精度≤0.3t；且液面波动小，最优的脉冲宽度控制使液位调节次数大大减少，提高液压阀的使用寿命。
实施例二
本实施例在实施例一基础上，通过记录历史数据，调整优化控制规则库，使控制更加合理。具体包括以下步骤：
S4：检测液压阀动作时的液位重量信号，若液位重量不在预设范围内，则发出报警信号。
本步骤判断液压阀动作时间是否合理，若误差过大，则发出报警信号，工作人员可调整控制规则库，优化液压阀动作时间，以进一步提高液位稳定性。
S5：存储液位重量偏差、液位重量变化率、液压阀输出时间及液压阀动作时液位重量信号数据。
存储上述数据，形成历史记录，便于工作人员统计分析，以进一步优化控制规则库。
S6：根据所存储数据调整优化控制规则库。
根据历史记录调整优化控制规则库，使控制规则库更加合理，提高控制精度。
S7：检测所存储数据容量，当数据容量大于预设值时，按时间先后顺序，依次删除最先存储的数据，直至数据容量小于预设值。
历史记录数据过多时，可删除最早的数据，既避免无法存储新数据又维护系统性能。
实施例三
本实施例二基础上，本实施例提供一种实现上述方法的连铸中包液位稳定控制系统。
本系统包括：
液位重量信息采集处理模块：用于采集液位重量信号，并对液位重量信号进行预处理；需要说明的是，本模块对液位重量信息进行滤波处理，具体包括二阶低通滤波处理和卡尔曼滤波处理。
液位重量变化率计算模块：用于根据所采集液位重量信号，采用最小二乘法曲线拟合算法计算液位重量变化率。
液压阀输出时间计算模块：用于根据液位重量偏差和液位重量变化率，采用模糊控制算法，利用控制规则库计算液压阀输出时间。
报警模块：用于检测液压阀动作时的液位重量信号，若液位重量不在预设范围内，则发出报警信号。
数据存储模块：用于存储液位重量偏差、液位重量变化率、液压阀输出时间及液压阀动作时液位重量信号数据。
控制规则库优化模块：用于根据所存储数据调整优化控制规则库。
数据检测删除模块：用于检测所存储数据容量，当数据容量大于预设值时，按时间先后顺序，依次删除最先存储的数据，直至数据容量小于预设值。
本实施例的控制方法和控制系统，利用低通滤波和卡尔曼滤波算法，将输入信号转化为连续平滑曲线，并采用最小二乘法的曲线拟合算法，计算得到中包液位的变化率；根据液位重量偏差和变化率，采用模糊智能控制算法，得到精确的液压阀脉冲输出宽度，减少调节次数，提高阀门的使用寿命。且记录相关历史数据进行统计分析，调整优化控制规则库，以进一步提高控制性能。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种连铸中包液位稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集液位重量信号，并对液位重量信号进行预处理；
根据所采集液位重量信号，采用最小二乘法曲线拟合算法计算液位重量变化率；
根据液位重量偏差和液位重量变化率，采用模糊控制算法，利用控制规则库计算一次液压阀输出时间。
2.根据权利要求1所述的连铸中包液位稳定控制方法，其特征在于，所述对液位重量信息进行预处理为：对液位重量信息进行滤波处理。
3.根据权利要求2所述的连铸中包液位稳定控制方法，其特征在于，所述对液位重量信息进行滤波处理包括二阶低通滤波处理和卡尔曼滤波处理。
4.根据权利要求1所述的连铸中包液位稳定控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
检测液压阀动作时的液位重量信号，若液位重量不在预设范围内，则发出报警信号；
存储液位重量偏差、液位重量变化率、液压阀输出时间及液压阀动作时液位重量信号数据；
根据所存储数据调整优化控制规则库。
5.根据权利要求4所述的连铸中包液位稳定控制方法，其特征在于，还包括以下步骤:
检测所存储数据容量，当数据容量大于预设值时，按时间先后顺序，依次删除最先存储的数据，直至数据容量小于预设值。
6.一种连铸中包液位稳定控制系统，其特征在于，包括：
液位重量信息采集处理模块：用于采集液位重量信号，并对液位重量信号进行预处理；
液位重量变化率计算模块：用于根据所采集液位重量信号，采用最小二乘法曲线拟合算法计算液位重量变化率；
液压阀输出时间计算模块：用于根据液位重量偏差和液位重量变化率，采用模糊控制算法，利用控制规则库计算液压阀输出时间。
7.根据权利要求6所述的连铸中包液位稳定控制系统，其特征在于，液位重量信息采集处理模块对液位重量信息进行滤波处理。
8.根据权利要求7所述的连铸中包液位稳定控制系统，其特征在于，液位重量信息采集处理模块对液位重量信息进行滤波处理包括二阶低通滤波处理和卡尔曼滤波处理。
9.根据权利要求6所述的连铸中包液位稳定控制系统，其特征在于，还包括：
报警模块：用于检测液压阀动作时的液位重量信号，若液位重量不在预设范围内，则发出报警信号；
数据存储模块：用于存储液位重量偏差、液位重量变化率、液压阀输出时间及液压阀动作时液位重量信号数据；
控制规则库优化模块：用于根据所存储数据调整优化控制规则库。
10.根据权利要求9所述的连铸中包液位稳定控制系统，其特征在于，还包括：
数据检测删除模块：用于检测所存储数据容量，当数据容量大于预设值时，按时间先后顺序，依次删除最先存储的数据，直至数据容量小于预设值。
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