电熔镁炉嵌入式控制软件的研发

论文摘要

电熔镁砂是一种熔点高、抗氧化性和抗渣性强的高级耐火材料,被广泛用于航空航天、核工业、冶金等领域,其生产制备方法主要为电熔法,主要生产设备是电熔镁炉,主要控制目标是稳定熔炼电流。电熔镁炉熔炼过程中,外界扰动频繁,生产环境恶劣,使得电熔镁炉的控制存在不够稳定可靠、产品能耗过高等难点。本文在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“复杂生产制造过程一体化控制系统理论和技术基础研究”的支持下,以“985工程”流程工业综合自动化科技创新平台为依托,结合电熔镁炉的控制目标,针对现有的控制软件对复杂控制算法的支持度明显不足的现状和电熔镁炉的控制难点,研究开发了电熔镁炉嵌入式控制软件,并在工业现场得到了验证,本文主要工作归纳如下：(1)结合电熔镁炉的熔炼过程,设计了电熔镁炉嵌入式控制软件的架构,包括电熔镁炉嵌入式控制平台软件和控制算法软件,并分别对嵌入式平台软件和算法软件进行了功能设计；(2)开发了电熔镁炉嵌入式控制软件,包括控制平台软件和控制算法软件。首先开发了电熔镁炉嵌入式控制平台软件,包括输入输出驱动功能模块、自检功能模块、滤波功能模块、工况识别功能模块、工况处理功能模块以及网络监控功能模块等；开发了基于规则推理的电熔镁炉嵌入式控制算法软件,该软件能对正常、异常超限、排气、加料、起炉停炉以及功率超限等工况进行识别及处理；(3)对所设计开发的嵌入式控制软件进行了系列实验,包括基于RTW和外部模式的实时仿真实验、基于MATLAB的电熔镁炉半实物仿真实验平台实验以及工业现场验证等,验证了该控制软件的可靠性和控制的有效性,能实现既定的控制目标——稳定控制三相电流,同时在一定程度上降低用电量,减小了过大电流对电网的冲击。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 电熔镁炉
• 1.2.1 电熔镁炉的基本结构
• 1.2.2 电熔镁炉的电气结构
• 1.3 电熔镁炉控制系统国内外研究现状及存在的问题
• 1.3.1 电熔镁炉控制系统国内外研究现状
• 1.3.2 当前电熔镁炉控制系统存在的问题
• 1.4 嵌入式控制系统
• 1.4.1 嵌入式控制系统的特点
• 1.4.2 嵌入式控制系统在电熔镁炉中的应用优势
• 1.5 本文主要工作及组织结构
• 第2章 电熔镁炉熔炼过程描述及控制目标难点
• 2.1 电熔镁炉熔炼过程描述
• 2.1.1 电熔镁炉熔炼工艺
• 2.1.2 电熔镁炉熔炼工况分类
• 2.2 电熔镁炉的控制目标与难点
• 2.3 本章小结
• 第3章 电熔镁炉嵌入式控制软件的总体架构
• 3.1 电熔镁炉熔炼过程对控制软件的需求分析
• 3.2 电熔镁炉嵌入式控制软件的总体架构设计
• 3.2.1 电熔镁炉嵌入式控制平台软件
• 3.2.2 电熔镁炉嵌入式控制算法软件
• 3.3 电熔镁炉嵌入式控制软件功能设计
• 3.3.1 电熔镁炉嵌入式控制平台软件功能设计
• 3.3.2 电熔镁炉嵌入式控制算法软件功能设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 电熔镁炉嵌入式控制平台软件的研发
• 4.1 输入输出驱动功能模块的开发
• 4.1.1 输入驱动模块的开发
• 4.1.2 输出驱动模块的开发
• 4.2 自检功能模块的开发
• 4.2.1 自检功能描述
• 4.2.2 自检模块的开发
• 4.3 滤波功能模块的开发
• 4.3.1 滤波功能描述
• 4.3.2 滤波模块的开发
• 4.4 工况识别功能模块的开发
• 4.4.1 工况识别功能描述
• 4.4.2 工况识别模块的开发
• 4.5 工况处理功能模块的开发
• 4.5.1 工况处理功能描述
• 4.5.2 工况处理模块的开发
• 4.6 网络监控功能模块
• 4.6.1 网络监控功能描述
• 4.6.2 网络监控功能的实现
• 4.7 本章小结
• 第5章 电熔镁炉嵌入式控制算法软件的研发
• 5.1 电熔镁炉熔炼过程对控制算法的要求
• 5.2 电熔镁炉控制算法
• 5.3 控制算法的实现
• 5.3.1 工况识别的实现
• 5.3.2 工况处理的实现
• 5.4 本章小结
• 第6章 电熔镁炉嵌入式控制软件的验证
• 6.1 电熔镁炉嵌入式控制软件的实验验证
• 6.1.1 电熔镁炉嵌入式控制软件的实时仿真实验
• 6.1.2 电熔镁炉嵌入式控制软件的半实物仿真实验验证
• 6.2 电熔镁炉嵌入式控制软件的工业验证
• 6.2.1 工业验证现场
• 6.2.2 电熔镁炉嵌入式控制软件工业验证方案
• 6.2.3 电熔镁炉嵌入式控制软件工业验证结果
• 6.2.4 与可编程控制器的控制效果对比及分析
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 本文的结论
• 7.2 下一步的研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要工作