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理工科畢業(yè)論文范文
轉眼間大學(xué)生活即將結束，畢業(yè)論文是每個(gè)大學(xué)生都必須通過(guò)的，畢業(yè)論文是一種有準備的檢驗學(xué)生學(xué)習成果的形式，那么什么樣的畢業(yè)論文才是好的呢？下面是小編精心整理的理工科畢業(yè)論文范文，歡迎閱讀與收藏。
【摘要】
本文以宣化鋼鐵集團有限公司一鋼軋廠(chǎng)型材車(chē)間蓄熱式加熱爐為研究背景，根據蓄熱式加熱爐的工藝流程和工藝要求，詳細闡述了溫度自動(dòng)控制系統的設計過(guò)程。在加熱爐溫度控制系統中對爐溫采用分段控制，即P-模糊-PI控制，綜合了PID控制和模糊控制的優(yōu)點(diǎn)，響應快、超調小、無(wú)靜差、抗干擾。將該控制系統用PLC軟件編程，直接應用在加熱爐PLC控制系統中，大大降低了控制系統改造成本。在實(shí)際應用測試中該系統的控制效果十分理想，能夠很好地抑制冷熱坯混裝、煤氣壓力的隨機變化及煤氣熱值波動(dòng)對爐溫的影響，爐溫偏差能夠控制在20℃以?xún)�，在沒(méi)有干擾因素的情況下能控制爐溫偏差在5℃以?xún)�，完全滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。
【關(guān)鍵詞】
加熱爐；溫度；模糊控制；PLC
1、宣鋼蓄熱式加熱爐工藝概述
本文是以宣鋼一鋼軋廠(chǎng)型材車(chē)間蓄熱式加熱爐為項目進(jìn)行的研究。型材車(chē)間是一條年產(chǎn)70萬(wàn)噸型鋼的生產(chǎn)線(xiàn)，主要生產(chǎn)圓鋼、角鋼、槽鋼、工字鋼和礦用U型鋼等產(chǎn)品。其加熱爐是懸臂輥道側進(jìn)料、側出料，單排布料的步進(jìn)梁式蓄熱加熱爐，用于坯料軋制前的加熱。
2、存在的問(wèn)題分析
該加熱爐在使用初期爐溫控制上采用PID控制，應用SIEMENS S7-400 PLC自帶PID功能塊。在使用過(guò)程中發(fā)現這種控制方式確實(shí)無(wú)法滿(mǎn)足工藝要求，爐溫偏差最大可達±40℃。主要原因是該加熱爐的燃料是轉爐煤氣，轉爐煤氣是煉鋼生產(chǎn)的副產(chǎn)品，雖然其熱值較高，但由于煉鋼過(guò)程中無(wú)法連續收集轉爐煤氣，造成轉爐煤氣的壓力和熱值都很不穩定；其次是該加熱爐進(jìn)爐鋼坯冷熱混裝，不同溫度的鋼坯入爐后需要的加熱量不同，要求煤氣流量控制必須及時(shí)；另外，軋鋼生產(chǎn)的節奏也是影響爐溫控制的因素。由此可見(jiàn)蓄熱式加熱爐的燃燒過(guò)程是受隨機因素干擾復雜過(guò)程，難以建立精確的數學(xué)模型，常規PID控制難以達到滿(mǎn)意的控制效果。
3、改進(jìn)方法設計
對于蓄熱式加熱爐這種受隨機因素干擾的具有大慣性、非線(xiàn)性、純滯后的復雜控制對象采用單純的PID控制不能取得良好的控制效果。因為PID算法只是在系統模型參數不發(fā)生變化的情況下，才能獲得理想的效果。當一個(gè)調整好參數的PID控制器被應用到模型參數隨機變化的系統時(shí)，控制效果會(huì )變差。而模糊控制，面對200-300℃的溫度變化范圍，要提高基本模糊控制器的控制精度，分檔越細，性能越好，不過(guò)模糊控制規則數以及系統的計算量也大大地增加，從而使模糊控制規則表變得難以把握，調試時(shí)會(huì )更加困難。而減少分檔數，則會(huì )控制粗略，控制效果難以保證。在以往諸多理論研究和工程實(shí)踐中也證明了對于蓄熱式加熱爐這樣復雜的系統采用單純的PID控制或模糊控制是不能取得良好的控制效果的。
設計采用一種分段控制算法，即P-模糊-PI控制，來(lái)綜合比例、模糊和比例積分控制的優(yōu)點(diǎn)。當偏差大于某一個(gè)閾值時(shí)，采用比例控制，加快系統的響應速度；當偏差小于閾值時(shí)，切換到模糊控制，用來(lái)增強系統的阻尼性能，減小響應過(guò)程中的超調。采用這樣的方法用來(lái)壓縮模糊控制的論域，使其只是整個(gè)論域的一部分，也就是相當于模糊空間的分級數增加，提高了模糊控制的精度和靈敏度。當模糊控制過(guò)程中偏差的語(yǔ)言變量值為“零”時(shí)，由于沒(méi)有積分環(huán)節，必然會(huì )產(chǎn)生穩態(tài)誤差，即可能在平衡點(diǎn)附近存在小幅震蕩，因而在此時(shí)投入PI控制，利用其積分作用消除穩態(tài)誤差，在小范圍內PI控制的效果是最理想的。整個(gè)過(guò)程可簡(jiǎn)單描述為：設X為某一閾值，E為絕對偏差，ZE表示模糊控制器語(yǔ)言值為“零”，則控制開(kāi)關(guān)選擇為
P-模糊-PI控制可以發(fā)揮三種控制方式的優(yōu)點(diǎn)，使系統具有較快的響應速度、抗干擾變化的適應性及較高的控制精度。三種控制方式在控制過(guò)程中依據偏差的變化分段切換使用，不會(huì )同時(shí)起作用而相互干擾。P-模糊-PI控制器切換閾值的設定非常關(guān)鍵。從比例控制向模糊控制切換的閾值選擇必須恰當，如果選得過(guò)小，在非常接近目標值時(shí)才切換，就可能出現較大的超調，并且模糊控制的優(yōu)點(diǎn)難以體現；如果選得太大，就會(huì )過(guò)早的切換到模糊控制，可能會(huì )影響系統的響應速度，同時(shí)也使得模糊論域變大，若不增加模糊空間分級數，控制精度變差。只有根據系統的特點(diǎn)及控制目標的要求才能選擇出較為恰當的閾值。在從模糊控制向PI控制切換時(shí)，一般都選在偏差語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值為“零”時(shí)，切換至PI控制，用PI算法：
其中Kp為比例系數，Ki為積分時(shí)間，U為PI輸出控制量。
當模糊控制中語(yǔ)言變量的語(yǔ)言值為“零”時(shí)，其絕對偏差可能并不為零，所以應當應用積分器的作用來(lái)消除偏差，提高穩態(tài)性能。
蓄熱式加熱爐溫度自動(dòng)控制系統中，P-模糊-PI控制器的輸入量為設定爐溫T0與實(shí)際爐溫T（k）的偏差E（k），輸出量控制煤氣調節閥調節煤氣流量；空燃比由在線(xiàn)氣體分析系統的結果經(jīng)過(guò)計算得出；煤氣流量孔板檢測出的煤氣實(shí)際流量乘以空燃比就可計算出煤氣完全燃燒所需的空氣流量；空氣調節閥由PID調節器控制，調節空氣流量跟隨煤氣流量。
結束語(yǔ)
宣鋼型材加熱爐原有的溫度檢測，流量檢測，氣體分析，煤氣、空氣調節閥均可應用于該設計中。P-模糊-PI控制器的P控制和PI控制，空氣流量調節的PID控制均可應用加熱爐燃燒控制PLC自帶的PID模塊實(shí)現。完成該設計下一步最重要的工作就是總結加熱爐人工控制過(guò)程中一些好的控制經(jīng)驗，應用模糊控制理論，完成模糊控制器的設計。進(jìn)一步將模糊控制器用PLC編程制作控制功能塊，應用在加熱爐溫度自動(dòng)控制系統中，并在實(shí)驗中細化P-模糊-PI控制器的參數，力爭將爐溫控制在突發(fā)情況下偏差小于20℃，在正常情況下偏差小于5℃。這個(gè)目標如果得以實(shí)現，不僅可以提高型材的產(chǎn)品質(zhì)量，減少煤氣消耗和污染排放，而且對宣鋼其他的軋鋼加熱爐的溫度控制有借鑒意義，進(jìn)而整體提高宣鋼的產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現節能降耗，為宣鋼的挖潛增效做出貢獻。
參考文獻
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[2]張持健,王元航,方明星.高精度模糊PID控制器及其在溫度控制中的應用[J].自動(dòng)化儀表,2002(7):21-23
[3]孫奉昌,樂(lè )愷,姜澤毅,張欣欣.智能控制算法對加熱爐溫度控制研究[J].熱能動(dòng)力工程,2009,24(3):337-341.
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