石灰窯的最優溫度控制研究

【摘 要】石灰窯具有高度非線性、時變性、不確定性和大滯后等特點，難以建立精確的數學模型，采用傳統的方法難以解決石灰窯溫度控制問題。本文首先分析了目前的控制方法，提出傳統PID控制的不足；基于對爐的結構特點和控制要求，將模糊PID控制器用于石灰窯控制系統。經系統仿真認為石灰窯溫度控制系統中采用模糊控制能達到較滿意的控制效果，有較好的魯棒性。

【關鍵詞】石灰窯；PID；模糊控制

0.引言（Introduction）

近年來，隨著近代化工和冶金工業的興起，石灰的用途和消耗量急劇增大，對活性石灰的質量性能的要求越來越高。例如在鋼鐵生產中，冶金石灰作為煉鋼用的“造渣劑”，主要用來去除鋼水中的有害元素S、P等雜質，它不僅影響著鋼水的冶煉過程，還直接影響鋼水的最終質量。因此，國際上已廣泛采用品質好、反應快的、造渣徹底的優質活性石灰，取代過去所用的普通石灰，為冶煉優質鋼水奠定了基礎。活性石灰的應用，縮短了冶煉時間，降低了噸鋼石灰消耗，減少了雜質帶入，從而有效提高了鋼水質量。

1.石灰窯溫度控制器的設計

石灰燒結是石灰生產的關鍵工序，石灰窯是石灰生產的關鍵設備。石灰燒結爐的溫度控制對產品的最終質量具有決定性的作用。石灰燒結加熱過程具有非線性、大滯后、大慣性等復雜特性，傳統的PID控制方法不能滿足生產優質石灰產品的要求，模糊控制的積分效果較差，靜態控制效果不是很理想。燒結過程溫度控制精度要求比較高，如可以將模糊控制和PID結合起來，能達到很好的控制效果。

1.1模糊PID控制器輸入量與輸出量、控制結構

本文設計以石灰窯溫度溫度的偏差e和偏差的變化ec作為輸入量，其相應的語言變量為E和EC，輸出量控制參數Kp，Ki，Kd，輸入輸出分別采用正態分布函數的隸屬度。

1.2隸屬度函數

將石灰窯溫度控制器所有輸入和輸出變量個劃分成七級，即{負大，負中，負小，零，正小，正中，正大}；用英文字頭縮寫：{NB，NM，NS， O，PS，PM，PB}。

1.3模糊控制規則

根據燒結爐溫度控制對象的特點建立了如下關于KP，KI，KD三個參數的控制規則表如表1、表2和表3所示。

1.4模糊推理算法

1.4.1求系統模糊控制表

1.5控制系統仿真

選取誤差e的基本論域為：[-55，55]，設其量化論域為[-3，3]，則量化因子Ke=3/50=0.06。燒結爐溫度變化速率ec的基本論域，取為[-12，12]，其量化論域為[-3，3]，量化因子Kec=3/12=0.25。KD的基本論域為[-3，3]，其量化論域為[-3，3]，量化因子1，KI的基本論域為[-0.06，0.06]，其量化論域為[-0.06，0.06]，量化因子1，KP的基本論域為[-3，3]，其量化論域為[-3，3]，量化因子1。仿真結果如圖2所示：

2.結論

實踐表明，在石灰窯生產過程中，根據石灰生產的工藝特點和控制要求，人工控制只能根據經驗來決定，加料量不準確而且誤差大的特點，因此對鍛燒帶溫度控制采用了模糊PID控制器，并經仿真比較證實了模糊PID控制的有效性；說明在石灰窯溫度控制系統中采用模糊控制能達到較滿意的控制效果，可以將石灰窯鍛燒帶的溫度控制在要求的范圍之內；并且在石灰窯系統的產量及其它參數變化時也可以達到溫度控制的要求，有較好的魯棒性。

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