电弧炉电极调节系统的控制方法的研究

论文摘要

电弧炉炼钢过程是一个典型的具有非线性、时变性、随机特征的工业控制过程,而电弧炉炼钢过程的控制主要是通过电极调节系统来完成输入电功率、降低能耗、缩短冶炼时间等控制目标的。电极调节器的控制方法成为电弧炉控制研究的主要问题,而长久以来,人们对电弧模型的研究不够深入,一般采用基于线性电弧阻抗策略来控制电极升降,控制效果不很理想。为此,本文在交流电弧模型的基础上,对电极调节系统的控制策略和控制器设计进行了深入研究。本文在查阅了大量的国内外相关文献的基础上,介绍了电弧炉的设备、炼钢工艺过程,对国内外电弧炉炼钢现状和发展趋势以及电弧炉电极调节系统的现状及发展进行了总结。针对电弧炉冶炼的工艺特点,从能量守恒定律出发,应用相关电弧物理理论,建立了一个用非线性微分方程描述的交流电弧炉电弧时域模型。该模型能够体现电弧的微观特性,并能很好的体现电弧在不同冶炼阶段的时变特性。针对电弧模型参数难以确定的问题,通过机理分析,推导出了电弧模型参数的变化范围。在模型参数变化范围内,采用改进的粒子群优化算法辨识电弧模型参数值,有效地提高了辨识的速度和精度。通过与校验数据进行对比,证明了所提出参数辨识方法的正确性。通过对现场实测数据和所建立的电弧模型进行的仿真研究,并运用相空间重构和Lyapunov旨数等方法进行定性分析和定量分析,证明了电弧炉系统中存在混沌现象且电弧炉电压波动是混沌现象的表现形式。本文建立了液压系统模型和供电系统模型,结合电弧炉冶炼进程特点,并考虑电极系统自身特性以及电弧炉系统中存在的混沌现象,提出了一种电极调节控制方法,仿真结果表明本文所论述的电极混沌补偿控制器能够有效消除电极调节系统的混沌现象,取得了理想的控制效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电弧炉炼钢简介
• 1.1.1 电弧炉炼钢基本原理
• 1.1.2 电弧炉炼钢工艺
• 1.1.3 电弧炉炼钢设备
• 1.2 电弧模型的研究概况
• 1.2.1 电弧的物理—数学模型
• 1.2.2 电弧的电路模型
• 1.3 电弧炉混沌现象的研究概况
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 交流电弧炉电弧模型的建立
• 2.1 引言
• 2.2 交流电弧的物理特性
• 2.3 交流电弧建模
• 2.3.1 建模的若干假设
• 2.3.2 交流电弧模型的推导
• 2.4 电弧模型的仿真验证
• 2.5 本章小结
• 第3章 交流电弧炉电弧模型的参数辨识
• 3.1 引言
• 3.2 模型参数的估算方法
• 3.3 粒子群优化算法
• 3.3.1 参数辨识方法概述
• 3.3.2 基本粒子群优化算法
• 3.3.3 改进的粒子群优化算法
• 3.4 电弧模型的参数辨识
• 3.5 本章小结
• 第4章 交流电弧炉混沌现象的判别
• 4.1 引言
• 4.2 混沌现象的判别方法
• 4.2.1 混沌的概述
• 4.2.2 混沌分析与判别方法
• 4.3 交流电弧炉混沌现象的分析
• 4.3.1 电弧炉时间序列相空间重构
• 4.3.2 电弧炉时间序列的Lyapunov指数分析
• 4.3.3 实例验证
• 4.4 本章小结
• 第5章 交流电弧炉电极调节混沌控制器的设计
• 5.1 引言
• 5.2 液压系统建模
• 5.2.1 电极升降机构
• 5.2.2 液压系统模型
• 5.2.3 液压系统模型仿真
• 5.3 供电系统建模
• 5.3.1 供电系统模型
• 5.3.2 供电系统模型仿真
• 5.4 混沌控制器的设计
• 5.4.1 混沌控制概述
• 5.4.2 控制策略的选择
• 5.4.3 混沌控制器的设计
• 5.4.4 控制器仿真结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢