CN114101645A - 一种钢水流速调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种钢水流速调整方法及装置，所述方法包括：获取钢包中钢水的实际流速；计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；根据所述钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；根据所述修正值计算所述开度的设定值；根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；根据所述动作比例阀的开度调节所述动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。通过本申请所提供的方案，能够实现对钢水实际流速的控制，进而可以通过将钢水流速控制在一个合理的范围来提升钢锭的浇注质量。

Description

一种钢水流速调整方法及装置

技术领域

本申请涉及冶金领域，特别涉及一种钢水流速调整方法及装置。

背景技术

随着我国冶金行业的快速发展，越来越多的特钢企业开始开发锻件产品，优质的锻件产品必须要用内部质量较好的钢锭作为加工原料才能实现，这就迫切需要改进钢锭浇注的生产工艺。

现有的钢锭浇注工艺采用吊车吊挂钢水包进行钢锭浇注的模式，这种模式无法直观的观察钢水浇注速度的变化，也无法对钢水流速进行控制，而钢水流速的变化会直接关系到钢锭内部质量的稳定性，造成钢锭夹渣、出现缩孔疏松等缺陷，如果能够控制钢水流速，则可以将钢水流速控制在一个合理的范围来提升钢锭的浇注质量，因此，如何提供一种钢水流速调整方法，以实现对钢水流速的控制，是一亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种钢水流速调整方法及装置。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例采用了如下技术方案：一种钢水流速调整方法，包括：

获取钢包中钢水的实际流速；

计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；

根据所述钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；

根据所述修正值计算所述开度的设定值；

根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；

根据所述动作比例阀的开度调节所述动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。

本申请的有益效果在于：能够获取钢包中钢水的实际流速，然后基于钢水的实际流速和预测流速的偏差和偏差变化率，计算当前滑动水口开度的修正值，进而计算动作比例阀开度，然后基于该动作比例阀开度调节动作比例阀，以实现对钢水实际流速的控制，进而可以通过将钢水流速控制在一个合理的范围来提升钢锭的浇注质量。

在一个实施例中，还包括：

根据当前采样时刻的预设流速计算滑动水口的基础开度；

所述根据所述修正值计算所述开度的设定值，包括：

根据所述基础开度和所述修正值计算所述开度的设定值。

在一个实施例中，所述获取钢包中钢水的实际流速，包括：

根据预设周期获取钢包的重量；

根据当前周期获取的钢包重量与前一周期获取的钢包重量之差计算钢水的变化量；

根据所述变化量和预设周期的时长计算钢水的实际流速。

在一个实施例中，计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率，包括：

根据预先存储的浇钢速度曲线获取当前时刻的预设流速；

根据所述当前时刻的预设流速和所述钢水的实际流速计算当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

获取当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

根据当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第一偏差以及当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第二偏差计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差变化率。

在一个实施例中，根据所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值，包括：

将所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率转化为模糊输入量并输入至模糊控制器，其中，所述模糊控制器用以基于所述模糊输入量进行模糊推理和模糊决策以输出当前滑动水口开度的模糊修正值；

接收所述模糊控制器输出的当前滑动水口开度的模糊修正值之后，对所述当前滑动水口开度的模糊修正值进行解模糊处理，以得到当前滑动水口开度的修正值。

在一个实施例中，根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度，包括：

通过位移传感器识别滑动水口上的实际开度值；

计算所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值；

根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值确定所述动作比例阀的开度。

本申请还提供一种钢水流速调整装置，包括：

获取模块，用于获取钢包中钢水的实际流速；

第一计算模块，用于计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；

第二计算模块，用于根据所述钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；

第三计算模块，用于根据所述修正值计算所述开度的设定值；

第四计算模块，用于根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；

调节模块，用于根据所述动作比例阀的开度调节所述动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。

在一个实施例中，还包括：

第五计算模块，用于根据当前采样时刻的预设流速计算滑动水口的基础开度；

所述第三计算模块，包括：

第一计算子模块，用于根据所述基础开度和所述修正值计算所述开度的设定值。

在一个实施例中，所述获取模块，包括：

第一获取子模块，用于根据预设周期获取钢包的重量；

第二计算子模块，用于根据当前周期获取的钢包重量与前一周期获取的钢包重量之差计算钢水的变化量；

第三计算子模块，用于根据所述变化量和预设周期的时长计算钢水的实际流速。

在一个实施例中，所述第一计算模块，包括：

第二获取子模块，用于根据预先存储的浇钢速度曲线获取当前时刻的预设流速；

第四计算子模块，用于根据所述当前时刻的预设流速和所述钢水的实际流速计算当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

第三获取子模块，用于获取当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

第五计算子模块，用于根据当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第一偏差以及当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第二偏差计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差变化率。

附图说明

图1为本申请一实施例中一种钢水流速调整方法的流程图；

图2A为本申请又一实施例中一种钢水流速调整方法的流程图；

图2B为本申请一实施例中包含钢包在内的控制系统的结构示意图；

图2C为本申请一实施例中滑动水口开度模糊控制软件的流程示意图；

图3为本申请一实施例中一种钢水流速调整装置的框图；

图4为本申请又一实施例中一种钢水流速调整装置的框图。

具体实施方式

此处参考附图描述本申请的各种方案以及特征。

应理解的是，可以对此处申请的实施例做出各种修改。因此，上述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本申请的范围和精神内的其他修改。

包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且与上面给出的对本申请的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本申请的原理。

通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本申请的这些和其它特性将会变得显而易见。

还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本申请进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本申请的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。

当结合附图时，鉴于以下详细说明，本申请的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。

此后参照附图描述本申请的具体实施例；然而，应当理解，所申请的实施例仅仅是本申请的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本申请模糊不清。因此，本文所申请的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本申请。

本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本申请的相同或不同实施例中的一个或多个。

图1为本申请实施例的一种钢水流速调整方法的流程图，该方法包括以下步骤S11-S16：

在步骤S11中，获取钢包中钢水的实际流速；

在步骤S12中，计算钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；

在步骤S13中，根据钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；

在步骤S14中，根据修正值计算开度的设定值；

在步骤S15中，根据开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；

在步骤S16中，根据动作比例阀的开度调节动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。

本申请可用于对钢水流速进行调节的控制系统，该控制系统以采样周期T_s采集钢包的实时重量数据。并根据采样前后时刻的钢包重量信息w_t-1、w_t，计算当前时刻的钢水实际流速v_t；钢水实际流速v_t的计算公式为：

v_t＝w_t-w_t-1/T_s；

其中，w_t为当前采样时刻的钢包总重量(包含钢水)，w_t-1为当前时刻的前一个采样周期的钢包总重量(包含钢水)。

计算钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；

具体的，可通过如下公式计算钢水的实际流速和预设流速的偏差：

e_k＝v_s-v_t；

其中，e_k为钢水的实际流速和预设流速的偏差，v_s为预设流速，v_t为当前时刻钢水的实际流速。

通过如下公式计算钢水的实际流速和预测流速的偏差变化率ec_k：

ec_k＝e_k-e_k-1：

其中，e_k为以T_s为系统采样周期当前时刻钢水流速实际值与目标流速的偏差，e_k-1比当前采样时刻提前一个采样周期T_s时刻钢水流速实际值与目标流速的偏差。

根据钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；

采用模糊控制算法，设计滑门开度修正模糊控制器，为表述方便，将该滑门开度修正模糊控制器命名为模糊控制器2，将钢水流速实际值与目标流速的偏差e_k及偏差变化率ec_k作为模糊控制器2的输入量，将当前滑动水口开度的修正值Δl作为输出量，同时设定各输入输出量的模糊集合及论域范围；

模糊控制器2的输入变量e_k的基本论域为[-e_max，e_max]，输入变量ec_k的基本论域为[-Δe_max，Δe_max]，将钢水流速实际值与目标流速的偏差e_k及偏差变化率ec_k模糊化，其模糊子集为E，EC＝{NB，NS，ZO，PS，PB}，其模糊论域范围为[-5，5]。因此输入变量e_k的量化因子为k_e＝5/e_max，输入变量ec_k的量化因子为k_ec＝5/Δe_max。

模糊控制器2的输出量Δl的基本论域为[-Δl_max，Δl_max]，其模糊子集为ΔL＝{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其模糊论域范围为[-4，4]。

模糊控制器2输出量Δl的比例因子为ku₂＝Δl_max/4。通过调节比例因子的大小，可以调节水口开度的修正值Δl的控制精度。

模糊控制器2的模糊输入量E，EC及模糊输出量ΔL都在各自模糊论域的ZO(模糊零)附近选用三角型隶属函数，这样能够保证系统在偏差e_k、偏差变化率ec_k以及滑门开度修正量Δl接近0的范围内有较高的系统灵敏性；同时，该模糊控制器的各语言在远离模糊论域ZO的模糊论域区间上都选择高斯型隶属函数，这样能够使系统的输入、输出距离期望值偏差较大时，不至于因为反应过度而导致系统控制出现较大的超调，从而影响系统控制的稳定性。

将输入量e_k和ec_k模糊化为模糊输入量，基于模糊输入量，模糊控制器2进行模糊推理和模糊决策以得到模糊输出量，并将模糊输出量解模糊化为滑动水口开度的修正值Δl；

模糊控制器2的推理规则为：If E and EC Then ΔL，推理规则采用模糊推理合成法则；

由上面的推理规则可以得到总的模糊关系R，根据模糊系统推理合成规则就可以求得相应的输出语言变量域上的模糊集合：

其中，

表示模糊关系的合成运算，“×”表示模糊推理中的取小运算。

经过上述步骤推理得到的输出量是一个模糊集合ΔL，该模糊集合仍选择重心法进行清晰化运算，清晰化输出量公式如下：

其中，ΔL_i为模糊语言值，A(ΔL_i)为ΔL_i的隶属度。

滑动水口开度的修正值Δl由如下公式求得：

Δl＝ΔL_f·ku₂

其中，ku₂是模糊控制器2输出量的比例因子。

根据该修正值和滑动水口的基础开度计算修正值计算开度的设定值，具体的，可以将该修正值和阀门水口基础开度的和值作为开度的设定值。而滑动水口的基础开度的计算方式将在下文中详细介绍。

具体的，通过如下公式计算出控制系统内环控制器的输入期望开度值(即开度的设定值)l_s，计算公式如下：

l_s＝l₀+Δl

其中，l₀为滑动水口的基础开度，Δl为滑动水口开度的修正值，l_s为开度的设定值。

根据开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；

具体的，以采样周期T_c通过安装在滑动水口油缸上的位移传感器采集滑动水口实际开度值l_t，计算内环控制器的开度的设定值l_s与滑动水口实时开度值l_t的偏差值e_l，计算公式如下：

e_l＝l_s-l_t。

其中，l_s为开度的设定值，l_t为滑动水口实际开度值，e_l为开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值。

本发明中串级自动控制系统的内环控制采用PID闭环控制算法，以滑动水口的开度期望值与实际值的偏差e_l作为控制器的输入，以滑动水口动作比例阀的开度作为控制器的输出量u，实时调节滑动水口打开、关闭的速度以此来快速调节钢水流速，具体的，滑动水口动作比例阀的开度u通过如下方式计算：

其中，k为采样间隔，采样周期为T_c，K_p为比例系数，K_I为积分系数，K_D为控制器的差分系数。

根据计算出的动作比例阀的开度u调节动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。

本申请的有益效果在于：能够获取钢包中钢水的实际流速，然后基于钢水的实际流速和预测流速的偏差和偏差变化率，计算当前滑动水口开度的修正值，进而计算动作比例阀开度，然后基于该动作比例阀开度调节动作比例阀，以实现对钢水实际流速的控制，进而可以通过将钢水流速控制在一个合理的范围来提升钢锭的浇注质量。

在一个实施例中，方法还可被实施为如下步骤：

根据当前采样时刻的预设流速计算滑动水口的基础开度；

上述步骤S14可被实施为如下步骤：

根据基础开度和修正值计算开度的设定值。

本实施例中，根据当前采样时刻的预设流速计算滑动水口的基础开度，具体的，滑动水口的基础开度通过如下方式确定：

模拟有经验的操作工根据现场钢水流速的变化情况调节滑动水口开度的操作经验，采用模糊控制算法设计滑动水口基础开度模糊控制器，为了表述方便，以下简称模糊控制器1。以当前采样时刻kT_s的设定钢水流速v_s作为模糊控制器1的输入量，将滑动水口的基础开度l₀作为输出量，同时设定输入输出量的模糊集合及其论域范围；

模糊控制器1输出变量l₀的基本论域为[l_min％，l_max％]，将输出变量模糊化，其模糊子集为L₀＝{Z0，YS，S，M，B，VB}，其模糊论域范围为[0，10]。经模糊控制算法得到的滑动水口的基础开度L₀为语言论域中的值，必须转换为基础开度l₀基本论域中的值，因此需要通过比例因子ku₁进行转换，比例因子ku₁通过以下方式进行计算：

ku₁＝l_max-l_min/10

通过调节比例因子的大小，可以改变模糊控制器1的控制响应速度，及控制精度。

v_s和l₀模糊化为模糊控制器1的输入v_f和输出l_f，隶属度函数一般有单值型、三角型、高斯型、钟型函数等，三角型函数简单，且对数值变化反应敏感、响应快，因此本发明中模糊控制器1的输入、输出各语言变量采用三角型函数。

串级控制器外环模糊控制器1的输入变量v_s的基本论域为[v_min，v_max]，将输入量模糊化，其模糊子集为V＝{Z0，VS，S，M，B，VB}，其模糊论域范围为[0，10]，则输入量化因子k_v＝10/(v_max-v_min)。

通过量化因子可以设置模糊控制器1的输入变量的调节范围，从而改善控制精度。

将当前采样时刻系统预设钢水流速v_s模糊化为模糊输入量，基于模糊输入量经过滑动水口基础开度模糊控制器1的模糊推理及决策机制得到模糊输出量，并将模糊输出量解模糊化为滑动水口的基础开度l₀；

模糊控制器1的推理规则形式为If V Then L₀，模糊输出量通过重心法进行清晰化。清晰化后的值再乘以比例因子ku₁，便可得到滑门的基础开度期望值l₀。

下面，通过具体示例来介绍滑门的基础开度期望值l₀的计算方式：

举例而言，采用模糊控制算法，设计滑动水口基础开度模糊控制器，即模糊控制器1。以目标钢水流速v_s作为模糊控制器1的输入量，将滑动水口的基础开度期望值l₀作为输出量，同时设定输入输出量的模糊集合及其论域范围；

目标钢水流速v_s的模糊集合为[零(ZO)，非常小(VS)，小(S)，中等(M)，大(B)，非常大(VB)]，论域范围为[0，10]；

滑动水口的基础开度期望值l₀的模糊集合为[零(ZO)，非常小(VS)，小(S)，中等(M)，大(B)，非常大(VB)]，设其论域范围为[0，10]。

根据150T(T表示吨)智能浇钢车工艺要求，其钢水流速调节范围是0～2.5t/min，因此目标钢水流速v_s的基本论域为[0，2.5]，则输入量化因子k_v＝10/2.5。于是通过量化因子k_v将v_s模糊化为滑动水口基础开度模糊控制器1的输入量；

目标钢水流速模糊语言值v_f的隶属度函数为三角型，具体函数为：

根据现场操作经验设计的滑动水口基础开度模糊控制器1的模糊推理规则如下：

1.if V＝ZO then L₀＝ZO

2.if V＝VS then L₀＝VS

3.if V＝S then L₀＝S

4.if V＝M then L₀＝M

5.if V＝B then L₀＝B

6.if V＝VB then L₀＝VB

滑门期望的基础开度模糊语言值l_f的隶属函数为三角型，具体函数为：

对上述模糊控制器1的输出量采用重心法进行清晰化，清晰化公式如下：

其中，l_j为输出量的模糊语言值，A_j(l_j)为l_j的隶属度，l_0f为解模糊化后的系统输出值。

由于滑动水口开度值l₀变化范围是0％～100％，因此输出变量的基本论域为[0，100]，则输出变量的比例因子ku₁＝100/10。滑动水口基础开度模糊控制器1的实际输出值l₀由下式计算得到：

l₀＝l₀f·ku₁

其中，l_0f为解模糊化后的系统输出值，ku₁为滑动水口基础开度模糊控制器1的输出量l₀的比例因子。

在一个实施例中，如图2A所示，上述步骤S11可被实施为如下步骤：

在步骤S21中，根据预设周期获取钢包的重量；

在步骤S22中，根据当前周期获取的钢包重量与前一周期获取的钢包重量之差计算钢水的变化量；

在步骤S23中，根据变化量和预设周期的时长计算钢水的实际流速。

本实施例中，根据预设周期获取钢包的重量；具体的该预设周期可以为钢包重量信息的采样周期，根据当前周期获取的钢包重量与前一周期获取的钢包重量之差计算钢水的变化量；根据变化量和预设周期的时长计算钢水的实际流速。

具体的，控制系统以采样周期T_s采集钢包的实时重量数据。并根据采样前后时刻的钢包重量信息w_t-1、w_t，计算当前时刻的钢水实际流速v_t；钢水实际流速v_t的计算公式为：

v_t＝w_t-w_t-1/T_s

其中，w_t为当前采样时刻的钢包总重量(包含钢水)，w_t-1为当前时刻的前一个采样周期的钢包总重量(包含钢水)。

可以理解的是，上述两个采样的钢包总重量为在采样周期中相同时刻进行采样的，例如，采样周期Ts＝5秒，那么，两个钢包总重量的采样时刻可以都是在该采样周期开始的第n秒进行采样。

在一个实施例中，上述步骤S12可被实施为如下步骤A1-A4：

在步骤A1中，根据预先存储的浇钢速度曲线获取当前时刻的预设流速；

在步骤A2中，根据当前时刻的预设流速和钢水的实际流速计算当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

在步骤A3中，获取当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

在步骤A4中，根据当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第一偏差以及当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第二偏差计算钢水的实际流速和预设流速的偏差变化率。

具体的，可通过如下公式计算钢水的实际流速和预设流速的偏差：

e_k＝v_s-v_t

其中，e_k为钢水的实际流速和预设流速的偏差，v_s为预设流速，v_t为当前时刻钢水的实际流速。

通过如下公式计算钢水的实际流速和预测流速的偏差变化率ec_k：

ec_k＝e_k-e_k-1

其中，e_k为以T_s为系统采样周期当前时刻钢水流速实际值与目标流速的偏差，e_k-1比当前采样时刻提前一个采样周期T_s时刻钢水流速实际值与目标流速的偏差。

在一个实施例中，上述步骤S13可被实施为如下步骤B1-B2：

在步骤B1中，将钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率转化为模糊输入量并输入至模糊控制器，其中，模糊控制器用以基于模糊输入量进行模糊推理和模糊决策以输出当前滑动水口开度的模糊修正值；

在步骤B2中，接收模糊控制器输出的当前滑动水口开度的模糊修正值之后，对当前滑动水口开度的模糊修正值进行解模糊处理，以得到当前滑动水口开度的修正值。

本实施例中，采用模糊控制算法，设计模糊控制器2，将钢水流速实际值与目标流速的偏差e_k及偏差变化率ec_k作为串级控制系统外环模糊控制器2的输入量，将当前滑动水口开度的修正值Δl作为输出量，同时设定各输入输出量的模糊集合及论域范围；

模糊控制器2的输入变量e_k的基本论域为[-e_max，e_max]，输入变量ec_k的基本论域为[-Δe_max，Δe_max]，将钢水流速实际值与目标流速的偏差e_k及偏差变化率ec_k模糊化，其模糊子集为E，EC＝{NB，NS，ZO，PS，PB}，其模糊论域范围为[-5，5]。因此输入变量e_k的量化因子为k_e＝5/e_max，输入变量ec_k的量化因子为k_ec＝5/Δe_max。

模糊控制器2的输出量Δl的基本论域为[-Δl_max，Δl_max]，其模糊子集为ΔL＝{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，其模糊论域范围为[-4，4]。

模糊控制器2输出量Δl的比例因子为ku₂＝Δl_max/4。通过调节比例因子的大小，可以调节水口开度的修正值Δl的控制精度。

模糊控制器2的模糊输入量E，EC及模糊输出量ΔL都在各自模糊论域的ZO(模糊零)附近选用三角型隶属函数，这样能够保证系统在偏差e_k、偏差变化率ec_k以及滑门开度修正量Δl接近0的范围内有较高的系统灵敏性；同时，该模糊控制器2的各语言在远离模糊论域ZO的模糊论域区间上都选择高斯型隶属函数，这样能够使系统的输入、输出距离期望值偏差较大时，不至于因为反应过度而导致系统控制出现较大的超调，从而影响系统控制的稳定性。

将输入量e_k和ec_k模糊化为模糊输入量，基于模糊输入量模糊控制器2进行模糊推理和模糊决策以得到模糊输出量，并将模糊输出量解模糊化为滑动水口开度的修正值Δl；

模糊控制器2的推理规则为：If E and EC Then ΔL，推理规则采用模糊推理合成法则；

由上面的推理规则可以得到总的模糊关系R，根据模糊系统推理合成规则就可以求得相应的输出语言变量域上的模糊集合：

其中，

表示模糊关系的合成运算，“×”表示模糊推理中的取小运算。

经过上述步骤推理得到的输出量是一个模糊集合ΔL，该模糊集合仍选择重心法进行清晰化运算，清晰化输出量公式如下：

其中，ΔL_i为模糊语言值，A(ΔL_i)为ΔL_i的隶属度。

滑动水口开度的修正值Δl由如下公式求得：

Δl＝ΔL_f·ku₂

其中，ku₂是该模糊控制器2输出变量Δl的比例因子。

下面，通过具体示例来介绍滑动水口开度的修正值Δl的计算方式：

依据150T智能浇钢车的使用经验，为使滑门开度修正模糊控制器2有足够的控制精度同时又不至于因为设计太过复杂从而影响PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)的运算处理速度，设置钢水流速实际值与目标流速的偏差e_k及其偏差变化率ec_k的模糊集合都为[负大(NB)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正大(PB)]，其模糊论域的范围都取[-5，5]；

滑动水口开度的修正值Δl作为模糊控制输出量，其模糊集合设置为[负大(NB)，负中(NM)，负小(NS)，零(ZO)，正小(PS)，正中(PM)，正大(PB)]，模糊论域范围是[-4，4]；

依据150T智能浇钢车现场使用的经验数据，钢水流速实际值与目标流速的偏差e_k及其偏差变化率ec_k的取值范围都设定为-2t/min～2t/min，因此e_k、ec_k的基本论域都是[-2，2]。则输入量e_k的量化因子为k_e＝5/2，输入量ec_k的量化因子为k_ec＝5/2，于是通过量化因子将e_k、ec_k模糊化为滑动水口基础开度模糊控制器2的输入量；

模糊输入量e_k的模糊语言值为e_f，其隶属度函数为三角型、高斯型，具体函数为：

模糊输入量ec_k的模糊语言值为ec_f，其隶属度函数为三角型、高斯型，具体函数为：

本申请中，滑门开度修正模糊控制器2的输出量Δl的模糊语言值为Δl_f，其隶属度函数为三角型、高斯型，具体函数为：

滑门开度修正模糊控制器2的模糊控制规则如下表所示：

由上面的推理规则可以得到总的模糊关系R，根据推理合成规则就可以求得相应的输出语言变量域上的模糊集合：

其中，

表示模糊关系的合成运算，“×”表示模糊推理中的取小运算。

经过上述步骤推理得到的输出量是一个模糊集合ΔL，该模糊集合利用重心法进行清晰化运算，清晰化输出量公式如下：

其中，Δl_i为模糊语言值，A(Δl_j)为Δl_j的隶属度。

这里设定滑动水口开度修正值Δl变化范围是-20％～20％，因此输出变量的基本论域为[-20，20]，则输出变量的比例因子ku₂＝20/4。滑门开度修正模糊控制器2的实际输出值Δl由下式计算得到：

Δl＝ΔL_f·ku₂

其中，ku₂是该模糊控制器2输出变量Δl的比例因子。

图2B是包含钢包在内的控制系统的结构示意图，如图2B所示，其包括浇钢车体带钢包1、车载称量传感器2、滑动水口及滑门3、滑门驱动油缸4、油缸位移传感器5、液压站6、滑动水口比例阀7、工控机8、PLC控制系统9。钢水是通过图2中的钢包底部的滑动水口流出，滑动水口上设置有滑门，通过控制该滑门的位置，可以控制滑动水口的大小，即滑动水口的开度，因此，滑动水口的开度也可以称为滑门开度。

在一个实施例中，上述步骤S15可被实施为如下步骤C1-C3：

在步骤C1中，通过位移传感器识别滑动水口上的实际开度值；

在步骤C2中，计算开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值；

在步骤C3中，根据开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值确定动作比例阀的开度。

动作比例阀的开度的确定具体可以通过软件进行实现，图2C是本申请一实施例中滑动水口开度模糊控制软件的流程示意图，通过图2C所公开的方案，可以最终得到动作比例阀开度的输出结果。

图3为本申请实施例的一种钢水流速调整装置的框图，该装置包括如下模块：

获取模块31，用于获取钢包中钢水的实际流速；

第一计算模块32，用于计算钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；

第二计算模块33，用于根据钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；

第三计算模块34，用于根据修正值计算开度的设定值；

第四计算模块35，用于根据开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；

调节模块36，用于根据动作比例阀的开度调节动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。

在一个实施例中，还包括：

第五计算模块，用于根据当前采样时刻的预设流速计算滑动水口的基础开度；

第三计算模块，包括：

第一计算子模块，用于根据基础开度和修正值计算开度的设定值。

在一个实施例中，如图4所示，获取模块31，包括：

第一获取子模块41，用于根据预设周期获取钢包的重量；

第二计算子模块42，用于根据当前周期获取的钢包重量与前一周期获取的钢包重量之差计算钢水的变化量；

第三计算子模块43，用于根据变化量和预设周期的时长计算钢水的实际流速。

在一个实施例中，第一计算模块，包括：

第二获取子模块，用于根据预先存储的浇钢速度曲线获取当前时刻的预设流速；

第四计算子模块，用于根据当前时刻的预设流速和钢水的实际流速计算当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

第三获取子模块，用于获取当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

第五计算子模块，用于根据当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第一偏差以及当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第二偏差计算钢水的实际流速和预设流速的偏差变化率。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1.一种钢水流速调整方法，其特征在于，包括：

获取钢包中钢水的实际流速；

计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；

根据所述钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；

根据所述修正值计算所述开度的设定值；

根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；

根据所述动作比例阀的开度调节所述动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

根据当前采样时刻的预设流速计算滑动水口的基础开度；

所述根据所述修正值计算所述开度的设定值，包括：

根据所述基础开度和所述修正值计算所述开度的设定值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取钢包中钢水的实际流速，包括：

根据预设周期获取钢包的重量；

根据当前周期获取的钢包重量与前一周期获取的钢包重量之差计算钢水的变化量；

根据所述变化量和预设周期的时长计算钢水的实际流速。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率，包括：

根据预先存储的浇钢速度曲线获取当前时刻的预设流速；

根据所述当前时刻的预设流速和所述钢水的实际流速计算当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

获取当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

根据当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第一偏差以及当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第二偏差计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差变化率。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值，包括：

将所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率转化为模糊输入量并输入至模糊控制器，其中，所述模糊控制器用以基于所述模糊输入量进行模糊推理和模糊决策以输出当前滑动水口开度的模糊修正值；

接收所述模糊控制器输出的当前滑动水口开度的模糊修正值之后，对所述当前滑动水口开度的模糊修正值进行解模糊处理，以得到当前滑动水口开度的修正值。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度，包括：

通过位移传感器识别滑动水口上的实际开度值；

计算所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值；

根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值确定所述动作比例阀的开度。

7.一种钢水流速调整装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取钢包中钢水的实际流速；

第一计算模块，用于计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差和偏差变化率；

第二计算模块，用于根据所述钢水的实际流速和当前采样时刻的预设流速的偏差和偏差变化率计算当前滑动水口开度的修正值；

第三计算模块，用于根据所述修正值计算所述开度的设定值；

第四计算模块，用于根据所述开度的设定值与滑动水口实际开度的偏差值计算用户控制滑动水口的动作比例阀的开度；

调节模块，用于根据所述动作比例阀的开度调节所述动作比例阀，以实现对钢水实际流速的调整。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，还包括：

第五计算模块，用于根据当前采样时刻的预设流速计算滑动水口的基础开度；

所述第三计算模块，包括：

第一计算子模块，用于根据所述基础开度和所述修正值计算所述开度的设定值。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述获取模块，包括：

第一获取子模块，用于根据预设周期获取钢包的重量；

第二计算子模块，用于根据当前周期获取的钢包重量与前一周期获取的钢包重量之差计算钢水的变化量；

第三计算子模块，用于根据所述变化量和预设周期的时长计算钢水的实际流速。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一计算模块，包括：

第二获取子模块，用于根据预先存储的浇钢速度曲线获取当前时刻的预设流速；

第四计算子模块，用于根据所述当前时刻的预设流速和所述钢水的实际流速计算当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

第三获取子模块，用于获取当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的偏差；

第五计算子模块，用于根据当前采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第一偏差以及当前采样周期的前一采样周期内钢水的实际流速和预设流速的第二偏差计算所述钢水的实际流速和预设流速的偏差变化率。

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