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混合煤气压力和热值的模糊解耦控制

1 引言

包头钢铁公司轧钢系统的各均热炉目前大多数采用燃烧混合煤气的方法来加热钢坯。所谓混合煤气即把高炉煤气(热值相对低，又称贫气)和焦炉煤气(热值相对高，又称富气)按一定比例混合，并利用计算机系统实现自动控制，以稳定各轧钢用户混合煤气的热值和压力，保证加热炉的温度，从而使钢坯得到均匀加热以保证轧钢质量。但在实际生产中(以2＃煤气混合站为例)，混合煤气的自动控制系统并未真正实现预期的控制目标。现场仍以简单的常规仪表PID控制系统或人工操作为主，因此混合煤气的压力和热值波动较大，造成了能源消耗比较大而且污染环境。本文将提出一种新型的模糊舟山智能解耦控制来解决这一难题。

2高炉与焦炉混和煤气的生产工艺

包钢计量处2＃混合站是把高炉煤气和焦炉煤气混合并经过加压机加压后送初轧厂、轨梁厂及线材厂等用户。其中高炉、焦炉煤气采用管直接混合的生产过程，如图1所示。 从图1中可以看出，输入量为高炉煤气的压力和流量以及焦炉煤气的压力和流量，输出量为混合煤气的压力和热值。另外，由于煤气蝶阀开度与煤气压力和流量成抛物线的关系，输入的高炉煤气或焦炉煤气如果有其中之一发生变化，则既影响混合煤气的压力，又影响其热值。因此，混合煤气的过程可以看作是一个非线性强耦合的多输入、双输出的多变量系统。

3模糊控制器设计

3.1控制器设计原理商洛

对于混合煤气的工艺过程，一方面其时间响应的延迟较大，另一方面其数学模型随煤气对象工况而变化，因此难以建立准确的数学模型，从而采用模糊控制较为合适。基于以上对模糊控制器理论的讨论，再结合具体的混合煤气的生产工艺可以确立控制器整体结构，见图2所示：3.2模糊控制原理

设E为偏差，EC为偏差变化率，U为控制作用。若用PB、PM、PS、PZ、NZ、NS、NM、NB分别表示E值为正大、正中、正小、正零、负零、负小、负中、负大；用PB、PM、PS、Z、NS、NM、NB表示EC和U值为正大、正中、正小、零、负小、负中、负大。由控制经验可总结出模糊控制规则，如表1所示。 上述控制规则可用21条模糊语句来描述：

然而实际系统的输入输出都是连续的精确量直管，因此首先要把E，EC和U模糊化为一定的模糊量。定义其模糊子集，给定其论域，确定各模糊变量对应论B0——纸箱宽度外尺寸（cm）；域的隶属度，然后采用离线模糊推理合成算法，即可计算出相应的模糊控制。这里定义E，EC和U的模糊子集为：

｛Ｅ｝＝｛NB很低，NM较低，NS偏低，NZ稍稍低，PZ稍稍高，PS偏高，PM较高，PB很高｝

｛ＥＣ｝＝｛NB下降很快金旸WE WORK合伙人招募火爆开启，NM下降较快，S微量下降，Z适中，PS微量上升，PM上升较快，PB上升很快｝

｛Ｕ｝＝NB快速开阀，NM中速开阀，NS微量开阀，Z避雷产品保持，PS微量2020年可降解绿色包装材料利用比例将达50%关阀，PM中速关阀，PB快速关阀｝

隶属函数采用三角形函数。本系统采用的是模糊控制系统中大量采用的Mamdani推理方法。系统总的推理输出需要精确化计算后才能取得，它实际上仍是一种合成推理方法。

4解耦控制方案

混合煤气系统是多输入双输出系统，控制量对输出压力、热值存在直接或间接影响，即它们之间存在强耦合作用，这严重影响混合煤气压力和热值的稳定，为了减少混合煤气压力和热值波动，必须引入解耦环节。由于控制系统的数学模型较难建立，这里采用一种简单的解耦方法，即在压力、流量度控制之间引入解根据查询词在文档中的方位耦环节λ12，λ21，使压力、流量控制分别成为：

则当λ12，λ21为0时，UＴ＝ＣＴ，Ｕp＝Ｃp，这时压力、流量控制间没有去耦作用；而当λ12，λ21为1时，UＴ＝Ｃp,Up=CＴ，这时对应极限耦合情况。λ12，λ21的实际值在0～1之间，需通过试验确定，然后写入计算机。控制时λ12，λ21可按