基于智能控制的直进式拉丝机控制系统铁链条

基于智能控制的直进式拉丝机控制系统

基于智能控制的直进式拉丝机控制系统 2011： 直进式拉丝机是世界上较有发展前途的拉丝设备，传统的普通直进式拉丝机均为直流驱动，且无过程控制环节，存在维护困难、控制精度差、反拉力波动严重等问题，难以实现高速及细丝拉拔，断丝堆丝现象经常发生。基于当前电气传动的发展趋势，结合宁夏石咀山钢铁厂改造项目，我们为一分厂6＃8-550型直进式拉丝机变频调速自动控制系统，按照智能控制原理结合现场的经验设计出专家控制器，并采用异步自学习控制的原理对其中的参数进行优化，以保证拉拔过程中金属秒流量相等，维持反拉力的恒定。应用结果表明，该控制器能有效抑制反拉力的波动，较好地满足了生产工艺的要求。1　控制系统的构成　　6＃直进式拉丝机是由原1＃机(3卷筒)、6＃机(5卷筒)合并组合改造而成的，因而其机械配比并不规则，其不规则部分要由电气系统来进行补偿及调节，这给电气系统的调节控制增加了不少难度。　　我们采用工控机＋可编程序控制器的两级控制模式，对拉拔过程进行控制。选用8台变频器用于控制8台电机。在不增加机械装置的情况下，决定通过检测变频器直流侧电流的方法来反映反拉力的变化。按照专家控制的方法设计出针对本系统的专家智能控制器。系统框图见图1。

2　电控系统　　由于直进式拉丝机本身是一个强耦和、非线性、时变的运动控制系统，我们采用定量和定性相结合的方法，利用人们的定性经验、逻辑推理能力和自学习的优点，构成基于智能控制器的直进式拉丝机控制系统。本系统的智能控制器由数据库、知识库、推理机和学习环节组成。　　(1)数据库的建立　　本系统采用速度匹配、反拉力微调的控制思想。在拉拔过程中保持金属秒流量相等，即S1v1=S2v2=…=S8v8　　　　　　　　　　　　　　　　(1)式中　vi——第i道次钢丝的前进速度；　　　Si——第i道次钢丝的截面积。　　令ni为对应异步电机的转速，则vi与ni之间存在比例关系：vi=gini　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)式中gi——第i道次vi与ni之间的比例系数。　　此外，在稳定拉拔时，(2)式中ni与相应变频器的速度给定信号Ugdi间成一定的比例关系，即ni=KciUgdi　　　　　　　　　　　　　　　　　　(3)式中Kci——比例常数。　　在实际生产中，为了保持钢丝拉拔速度不变，我们可以保持成品卷筒的速度不变，即以成品卷筒的拉拔速度为基准调节其余各卷筒的速度，以保持金属秒流量相等，那么操作人员所设定的钢丝拉拔速度即为成品卷筒的转速，则其余各卷筒的速度给定可以按照下式来确定：

式中　γi——比例增益；　　　bi——经验常数。　　γi作为该品种的生产参数储存在数据库中。对应于不同的钢丝品种以及操作人员设定的速度要求，控制系统按照相应的配比，给出各个卷筒在拉拔过程中的基准转速，以保证各拉模间的金属秒流量相等。　　(2)知识库的建立　　本系统的规则库可以分为3个子集：稳态速度给定规则集；动态过程保持反拉力恒定规则集；故障诊断规则集。对这3个规则集的建立描述如下。　　1)稳态速度给定规则集　　此规则集按照操作人员设定的品种代号、拉拔速度以及相应的速度匹配系数，给定系统运行时各卷筒的初始速度值。其规则如下：[规则n>if拉拔品种为nand拉拔速度设定为Vnthen给出相应的速度匹配系数γ1n，γ2n，…，γ7n，相应的电流比值P1n，P2n，…，P7n；分别计算出各卷筒的拉拔速度的给定信号Ugd1，Ugd2，…，Ugd8。　　2)动态过程保持反拉力恒定的规则集　　拉拔过程中为保持反拉力的恒定，采用以经验数据为基础的各变频器直流侧电流的比值作为设定值进行动态控制。调节的过程为保证成品线的拉拔速度不变可采用逆调的方式。　　本系统对其比值的误差e、误差变化量Δe及转速控制量Δu采用9个量化水平，即[－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4>，这些量化水平构成了论域中的要素。对9个量化水平的模糊集赋予以下的语言变量：PB=正大；PM=正中；PS=正小；ZE=零；NS=负小；NM=负中；NB=负大。这样可以构成以下的控制规则：[规则1>ife=PBandΔe=NSthenΔu=NS；　.　.　.[规则19>if e=NB or NM and Δe=NB or NM or NS or 0 then Δu=PB　　以上19条规则为拉拔过程中保持反拉力恒定，对各卷筒速度进行微调而应采用的策略。　　由操作人员经验得到e、Δe及Δu的隶属度μ，从而可以建立一张控制规则表，以供控制时调用。例如对于规则19，所对应的模糊关系可表示为R=[(NB＋NM)e×PBμ>×[(NB＋NM＋NS＋0)Δe×PBμ>那么输出控制增量Δu可由下式求得：Δu=min{max[μNB(i)，μNM(i)>，max[μNB(j)，μNM(j),μNS(j),μ0(j)>，μPB(i)}　　式中i、j分别为测得的误差及其变化率的等级

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