【摘 要】本文結(jié)合安鋼冶金爐料公司回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目，提出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立回轉(zhuǎn)窯的系統(tǒng)模型。利用模糊控制建立模糊-PI控制器，用以消除回轉(zhuǎn)窯溫度誤差造成的質(zhì)量波動(dòng)。

【關(guān)鍵詞】回轉(zhuǎn)窯 模糊-PI控制器 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)Matlab

引言

隨著煉鋼對(duì)冶金石灰的要求不斷提高，回轉(zhuǎn)窯由于產(chǎn)品質(zhì)量高已成為國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)煉鋼用灰的主要來(lái)源。在實(shí)際的操作中，由于回轉(zhuǎn)窯具有大慣性、純滯后、非線(xiàn)性等特點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)煅燒過(guò)程的自動(dòng)控制。本文結(jié)合安鋼冶金爐料公司回轉(zhuǎn)窯項(xiàng)目，利用窯尾溫度、煤氣量和上料周期三者的實(shí)際數(shù)據(jù)，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法進(jìn)行系統(tǒng)辨識(shí)，建立回轉(zhuǎn)窯的系統(tǒng)模型。再設(shè)計(jì)一個(gè)模糊-PI控制器作為回轉(zhuǎn)窯的控制系統(tǒng)。使用Matlab軟件對(duì)控制系統(tǒng)的跟蹤性能和抗干擾性能分別進(jìn)行了仿真研究，達(dá)到了預(yù)期的效果，對(duì)生產(chǎn)實(shí)際中回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度的控制與操作有著積極的指導(dǎo)作用。

一、工藝描述

活性石灰生產(chǎn)工藝就是將石灰石（主要成分是CaCO3）加熱分解為石灰（CaO）和二氧化碳（隨廢氣排出）的過(guò)程。其生產(chǎn)工藝流程如圖1所示：

回轉(zhuǎn)窯主要由預(yù)熱器、回轉(zhuǎn)窯窯體、冷卻器等三大主機(jī)組成。石灰石原料從預(yù)熱器由推頭推至窯尾下料皿內(nèi)，并下溜至窯內(nèi)。窯體有3.5%的傾角，不斷旋轉(zhuǎn)，將石灰石從窯尾送至窯頭，下料至冷卻器冷卻，由振動(dòng)給料機(jī)排到成品鏈斗機(jī)提至成品倉(cāng)。

二、控制系統(tǒng)

安鋼集團(tuán)冶金爐料公司1號(hào)600t/d回轉(zhuǎn)窯于2007年投產(chǎn)?？刂葡到y(tǒng)的硬件組成主要由一套西門(mén)子S7-300 PLC系統(tǒng)及工程師站和操作員站組成。人機(jī)接口軟件為WinCC6.0。

三、系統(tǒng)研究

我們參考國(guó)內(nèi)冶金石灰回轉(zhuǎn)窯和水泥回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)控制的相關(guān)文獻(xiàn)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的非線(xiàn)性特性和自學(xué)習(xí)能力，采集窯尾溫度、煤氣量和上料周期三者的實(shí)際數(shù)據(jù)，建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的回轉(zhuǎn)窯的系統(tǒng)模型，用于進(jìn)一步分析回轉(zhuǎn)窯的控制特性。在回轉(zhuǎn)窯的控制方面，設(shè)計(jì)一個(gè)模糊-PI切換控制器。以窯尾溫度和設(shè)定值的偏差以及該偏差的變化率為輸入量，以煤氣量的增量為控制器的輸出。設(shè)計(jì)一個(gè)PI控制器。當(dāng)窯尾溫度與設(shè)定值的偏差較大時(shí)，系統(tǒng)采用模糊控制器以提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，當(dāng)偏差較小時(shí)，切換至PI控制器，以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

四、建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

我們采集了安鋼冶金爐料公司一周的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)。是回轉(zhuǎn)窯從點(diǎn)火開(kāi)窯正常生產(chǎn)一段完整的過(guò)程，較為全面地反映了各種狀況下的熱工狀況。這一時(shí)間段的WinCC記錄的歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出，得到了窯尾溫度、煤氣量和上料周期三者的生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)。采用三層BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)建立狀態(tài)觀測(cè)器，煤氣量、推料周期、窯尾溫度的歷史數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的輸入，當(dāng)前窯尾溫度作為網(wǎng)絡(luò)輸出。這樣該網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)輸入，單個(gè)輸出.在Matlab中建立一個(gè)前向型BP網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行訓(xùn)練。由于系統(tǒng)未知，采用試湊法，將不同輸入單元個(gè)數(shù)的情況做對(duì)比，選性能最優(yōu)的作為輸入單元的個(gè)數(shù)。經(jīng)過(guò)多次運(yùn)行測(cè)試得出結(jié)果，隱含層數(shù)為10時(shí)，網(wǎng)絡(luò)性能最優(yōu)。

五、建立模糊PI控制器

首先設(shè)計(jì)一個(gè)PID控制器，用來(lái)分析回轉(zhuǎn)窯控制特點(diǎn)。當(dāng)采用模糊控制器對(duì)煤氣量進(jìn)行控制時(shí)，我們采用二維模糊控制器，將窯尾溫度差、窯尾溫度變化率作為控制器的輸入，煤氣量的增量作為控制器輸出.

模糊控制規(guī)則選取的基本原則是當(dāng)偏差為零時(shí)，如果偏差的變化量也是零，由輸出控制量的增量為零；當(dāng)偏差的變化量為正小或正大時(shí)，說(shuō)明溫度正在升高，輸出為負(fù)小，煤氣流量漸減；當(dāng)偏差的變化量為負(fù)小或負(fù)大時(shí)，說(shuō)明溫度正在降低，輸出為正小，煤氣流量漸增，

六、仿真

采用雙控制模塊的Fuzzy-PI雙?？刂破?。當(dāng)窯尾溫度與設(shè)定值的偏差較大時(shí)，采用模糊控制模塊，加快調(diào)節(jié)時(shí)間，窯尾溫度與設(shè)定值的偏差較小時(shí)，第二個(gè)控制模塊（PI調(diào)節(jié)器）投入使用，將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到穩(wěn)態(tài)。該控制器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

在simulink中調(diào)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練好的模塊和制定的模糊控制器，再調(diào)用Matlab中的PI控制器形成圖6中的仿真系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)仿真試驗(yàn)，當(dāng)誤差值的絕對(duì)值大于0.05時(shí)，采用模糊控制器，當(dāng)誤差值的絕對(duì)值小于0.05時(shí)，采用PI控制器，效果較好。

七、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)窯窯尾溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析，提出了Fuzzy-PI雙?？刂破鞯目刂撇呗?，借助Matlab進(jìn)行仿真分析，得到了比較理想的控制效果。隨著自動(dòng)化技術(shù)的飛速發(fā)展以及冶金石灰回轉(zhuǎn)窯自動(dòng)化程度的提高，回轉(zhuǎn)窯系統(tǒng)控制策略將得到更多的討論與研究，希望本文所作的工作具有一定的借鑒意義。

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