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1、第19卷 第3期北京机械工业学院学报Vol.19No.32004年9月JournalofBeijingInstituteofMachinerySep.2004文章编号:1008-1658(2004)03-0007-07电弧炉电极调节系统的模糊控制殷杰,刘小河,朱海保(北京机械工业学院 计算机及自动化系,北京100085)摘 要:分析了电弧炉电极调节系统的非线性与三相耦合特征。采用了电路网络来模拟电弧炉主电路的非线性。在此基础上,针对控制对象的复杂性,采用模糊控制方法来对其进行控制,并用遗传算法对模糊规则进行了优化。采用Matlab6.5对电弧炉电极调节系
2、统进行了模糊控制与传统PID控制的仿真。仿真结果表明:与PID控制比较,采用遗传算法优化后的模糊控制的控制效果是令人满意的。为电弧炉的控制提供了数字仿真支持。关 键 词:电弧炉;非线性;三相耦合;模糊控制;遗传算法中图分类号:TP273.4文献标识码:AThefuzzycontrolofelectroderegulatorsystemofarcfurnacebasedonthegeneticalgorithmYINJie,LIUXiao2he,ZHUHai2bao(DepartmentofComputerScience&Automation,BeijingI
3、nstituteofMachinery,Beijing100085,China)Abstract:Thenonlinearityandcouplingamongthethreeelectrodesoftheelectroderegulatorsystemareanalyzed.Thefuzzycontrolisusedtohandlethecomplexsystem.TheGAisintroducedtooptimizethefuzzyrules.AccordingtothesimulationbyMatlab6.5,thecontrolresultafte
4、roptimizedbyGA,com2paredwiththecontrolresultoftheconditionalPIDcontrol,issatisfactory.Keywords:electrodearcfurnace;nonlinearity;coupling;fuzzycontrol;GA近年来,电弧炉炼钢已经成为了主要的炼钢方式之一。电弧炉系统是一个强非线性,具有三相耦合特征的系统,而且其参数是时变的,同时受到随机扰动的影响。如何通过电极调节系统控制合适的弧长并且使之稳定,是控制工程师们迫切需要解决的一个难题。这一问题的研究对于非线性控制与解
5、耦控制的研究也具有较大的推动作用。针对电弧炉系统的控制,已有学者进行了大量的研究工作,取得了一定的研究成果。刘小河等曾经在文献[1]采用分段线性化的方法来处理对象的本质非线性,用Popov超稳定性理论将其用于电弧炉的电极调节系统,取得了成功。但是分段线性化的方法对于单相电弧炉的情况比较的直观,如果将其推广到三相,则处理过程将变得相对复杂。近年来,针对电弧炉系统的特点,分别提出了模糊PID的方[2][3,4][5～8]法,神经网络的方法,还有人将工业计算机网络应用于电弧炉系统。但是这些控制收稿日期:2004-05-17基金项目:国家自然科学基金资助项目[项目编
6、号:50277032]作者简介:殷 杰(1980-),男,湖南衡阳人,北京机械工业学院计算机及自动化系硕士研究生,主要从事非线性系统控制与智能控制方面的研究。8北京机械工业学院学报 第19卷方案在实际中的应用都不太理想。模糊控制是以模糊数学为基础的新型智能控制方法。由于其具有不依赖于对象的精确模型、鲁棒性好等特点,从其诞生到现在的短短几十年内,模糊控制无论是在理论上还是在应用上都得到了大大的发展。在模糊系统的设计中,推理方法的选取、隶属函数形状及参数的选取、相关权重的确定以及规则库的确定,均是由专家根据实际经验指定的,这是模糊
7、控制优于经典解析模型的优点之一。然而在具体工程实践中,一般的模糊控制器存在着自适应能力较差的问题,当被控对象特性随着时间或环境的变化而有较大变化时,难于总结出完善的控制规[9～16]则,模糊控制器无法得到期望的控制效果。解决这个问题就要采用动态优化控制规则,本文将遗传算法用于模糊规则优化,在线选优,实现了模糊控制器的在线自寻优的控制算法,并且应用于电弧炉电极调节系统,取得了良好的控制效果。1电弧炉电极调节系统的模型介绍电弧炉电极调节系统由电弧电流和电压的测量回路、调节器、功率放大环节、电动机和传动机械组成,通常引入速度反馈环节使系统稳定运行。电弧的电压和电流
8、信号经过它们的测量回路,分别转换成直流电压信号并与给
