风机-液力偶合器模糊-PID调速控制系统研究

　　钢铁冶炼使用的大功率转炉煤气风机,风量、风压需随转炉工况变化而变化.阀门节流调节和放风调节的定速转炉煤气风机,能源浪费核噪声污染严重,若机后三通蝶阀动作迟缓很可能造成空气击穿水封而进柜,对煤气回收安全构成威胁^[1].非定转速煤气风机,可根据工艺要求实时调节和控制煤气风机的风量和风压,实现节能、环保和安全生产.大功率煤气风机非定转速传动的有效装置是调速型液力偶合器.根据冶炼工艺要求,调节和控制液力偶合器的充液率,使液力偶合器输出符合煤气风机风压和风量控制要求的转速.因此,研究大功率煤气风机—调速型液力偶合器系统的控制方法,是实现节能、环保和安全生产的关键.

　　西方工业发达国家液力偶合器调控技术的发展非常迅速,实际应用已达到较高的水平^[2-3].我国在液力偶合器调控技术方面的研究虽然起步较晚,但发展较快,在动态特性、闭环自动控制方面的研究取得了较大进展^[4-6],尤其在PID复合技术控制方面发展较快^[7-8].PID控制简单实用,控制精度高,但过度依赖控制模型;模糊控制对系统数学模型的依赖程度较小,但稳定性不如PID控制^[9-13].结合模糊和PID控制,在汽轮机转速调节中取得了较好的调节效果^[14-16].在已公开的研究资料中极少见模糊-PID控制在调速型液力偶合器中的应用研究.

　　本文以YOCQZ420调速型液力偶合器为例,对大功率煤气风机液力偶合器模糊-PID双模调速控制系统进行研究.

　　1 风机液力偶合器调速控制系统的数学模型

　　风机液力偶合器调速控制系统框图如图1.

　　为便于分析,将风机液力偶合器调速过程分为两个过程:一是当控制器输出电流改变后,引起勺管的位置变化,进而使得流入和流出偶合器工作腔的流量的不平衡,使工作腔的充液量改变,称为变充液变充液量过程;二是由于液力偶合器充液量的改变,使液力偶合器的传输力矩发生改变,在风机特性不变的情况下,必然引起涡轮转速的变化,称为变速过程^[17].

　　1.1 液力偶合器动态变充液量过程

　　YOCQZ420调速型液力偶合器的勺管调节充液量的结构如图2所示.

　　YOCQZ420调速型液力偶合器采用DKJ型电动执行器驱动勺管视为惯性环节,则存在

　　式中,L为勺管在旋转油室中的有效长度,m;I为电动执行器的控制电流,mA;K_I为调节放大系数;TI为电动执行器的时间常数;t为时间,s.

　　令ML为风机负载转矩(N.m),MT为偶合器输出转矩(N.m).以液力偶合器某平衡状态(L=L_o,q_j=q_c)及ML=MT的初始状态进行分析.在上述平衡状态下的参数符号以下标为“0”表示;Δ表示相应参数变量的增量.旋转油室充液量的变化表达为