基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID的輥道窯燒成溫度時滯控制策略研究

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1、廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID的輥道窯燒成溫度時滯控制策略研究張植豪二〇一八年五月分類號：學(xué)校代號：11845UDC：密級：學(xué)號：2111501025廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文（工學(xué)碩士）基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID的輥道窯燒成溫度時滯控制策略研究張植豪校內(nèi)導(dǎo)師姓名、職稱:楊海東教授學(xué)科(專業(yè))或領(lǐng)域名稱:機械工程學(xué)生所屬學(xué)院:機電工程學(xué)院論文答辯日期:2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofE

2、ngineeringScience)ResearchonTime-delayControlStrategyofRollerKilnSinteringTemperaturebasedonNeuralNetworkFuzzyPIDCandidate:ZhangZhihaoSupervisor:Prof.YangHaidongMay2018FacultyofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要隨著陶瓷

3、制品生產(chǎn)向高質(zhì)量、高效率、低能耗、低污染的方向發(fā)展，其關(guān)鍵設(shè)備輥道窯燒成溫度的大時滯性控制問題越來越突出。因此，迫切需要深入研究輥道窯燒成溫度控制策略以達到對溫度的有效控制。模糊PID控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制是我國輥道窯溫度控制中較先進的控制策略，但模糊控制自適應(yīng)能力差而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不太適合規(guī)則的知識表達，當(dāng)輥棒速度、陶瓷坯體接觸面積等工況變化引起溫度突變時易導(dǎo)致裂紋、爆磚等嚴重的質(zhì)量問題且能源效率較低。因此，對于輥道窯燒成溫度的大時滯性控制問題，控制策略性能的優(yōu)劣在很大程度上決定了陶瓷坯體的燒成品質(zhì)和能源的利用效率。本文的研究重點主要集中在兩個方面：輥道窯

4、燒成溫度動態(tài)特性模型的建立與優(yōu)化和輥道窯溫度大時滯性問題有效的控制策略研究。首先基于輥道窯溫度控制機理和熱力學(xué)定律建立了燒成溫度動態(tài)特性模型；針對PID控制器對小時滯性過程有比較好的控制效果而對大時滯過程控制不敏感的問題，提出一種燒成溫度動態(tài)模型優(yōu)化設(shè)計方法；接著通過研究現(xiàn)有溫度控制策略的優(yōu)劣，提出了一種解決輥道窯溫度大時滯性控制的有效的控制策略——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制策略。本文取得的研究成果有：（1）基于輥道窯能耗特性，建立了輥道窯燒成溫度動態(tài)特性模型。首先基于輥道窯燒成溫度制度控制機理，重點分析了輥道窯高溫?zé)蓭У哪芎奶匦?；依?jù)熱力學(xué)定律建立了輥道

5、窯燒成溫度動態(tài)特性模型，揭示了輥道窯燒成過程中燃氣、助燃空氣與燒成溫度的關(guān)系。（2）針對PID對小時滯性控制效果顯著的優(yōu)勢，提出了一種動態(tài)模型優(yōu)化設(shè)計方法。依據(jù)傳遞函數(shù)串并聯(lián)可以調(diào)節(jié)時滯環(huán)節(jié)的特性，將輥道窯溫度大時滯對象轉(zhuǎn)化為小時滯性的等效對象以削弱大滯后時間對系統(tǒng)響應(yīng)性能的影響，模型優(yōu)化后，1等效滯后響應(yīng)時間是被控對象的倍；L1?1（3）針對模糊PID控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的不足，提出了一種適于輥道窯溫度大時滯性的有效的控制策略——神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制策略。首先將模糊控制知識表達能力強、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)很強的自適應(yīng)能力等優(yōu)點相結(jié)合，基于Simulink比較

6、模I廣東工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文糊PID控制策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制策略、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制策略的控制效果，接著定義了一種燒成溫度均勻性評估指標——均勻度評估達到穩(wěn)態(tài)后輥道窯燒成溫度的均勻性，驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制策略在輥道窯溫度控制中的有效性和實用性。綜合以上研究，針對當(dāng)前輥道窯監(jiān)控系統(tǒng)控制過程與結(jié)果顯示相分離的問題，實現(xiàn)了道窯燒成溫度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制器模塊的集成開發(fā)與應(yīng)用。首先將糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制策略集成，然后基于軟件工程思想和Java語言實現(xiàn)輥道窯溫度控制系統(tǒng)并將其用于生產(chǎn)實踐，達到了比較好的控制效果。關(guān)鍵詞：輥道窯；動態(tài)特性模型；神

7、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊PID控制；模塊集成IIABSTRATABSTRATTheproblemoflargedelaycontrolofthesinteringtemperatureofrollerkilnisbecomingmoreandmoreprominent,withthedevelopmentofceramicproductsproductioninthedirectionofhighquality,highefficiency,lowenergyconsumptionandlowpollution.Therefore,itisurgenttoresear

8、chthecontrolstrategyofrollerkilnsinterin