电弧炉电极调节智能控制策略的研究

论文摘要

随着全球钢铁产品消费的不断增长,废钢铁资源逐年增加,其循环再利用要求日益迫切。由于技术水平的限制,我国废钢的重复利用率较低,造成大量的资源浪费。为了促进钢铁行业可持续发展,必须在废钢的循环冶炼层面进行技术创新。电弧炉以废钢为主要冶炼对象,以三相交流电作为电源,利用电流在通过石墨电极与金属原料之间时产生的高温电弧来加热、熔化原料。由于电弧炉三相电极之间有着很强的耦合作用,使得电弧炉系统具有非线性和时变性,增加了电极控制系统的技术难度。以往简单地将三相电极分开进行PID控制,所取得的控制效果并不理想。本文在查阅了大量的国内外相关文献的基础上,对电弧炉炼钢工艺、过程控制方法进行分析研究。首先,采用分段线性化理论处理电弧非线性问题,进而建立电弧精确的数学模型。同时在掌握电极控制系统工作原理的基础上,建立了电极控制系统的数学模型。针对电弧炉炼钢工艺对电极控制系统的要求,着重对电极控制策略的选择和电极控制器的设计进行了深入探讨,根据智能控制理论,采用复合控制算法,提出了一种基于最优控制、模糊控制和PID控制的电极复合智能控制方案。以此为基础,应用西门子S7-400 PLC设计了电弧炉电极调节自动控制系统,包括硬件的配置和软件程序的编写及网络的组态。仿真结果表明,该控制系统的上升时间达到0.708s,超调量控制在50%以内,在控制器平稳性、快速性等方面优于传统PID控制算法,具有良好的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 电弧炉炼钢概述
• 1.2 电弧炉炼钢工艺
• 1.3 现代电弧炉炼钢技术
• 1.4 电弧炉电极控制策略的发展
• 1.5 本文主要研究工作
• 第二章 电弧炉电极控制系统
• 2.1 电弧炉电极系统分类
• 2.2 液压式电极系统结构及工作原理
• 2.3 电弧炉炼钢对电极控制系统的要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 电极控制系统的数学模型
• 3.1 电弧模型及特性
• 3.1.1 电弧的产生及物理特性
• 3.1.2 电弧模型的建立
• 3.2 电极模型的建立
• 3.3 电极调节传动系统建模
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于复合智能控制策略的电极调节系统
• 4.1 传统控制方法及其存在的问题
• 4.2 电弧炉电极复合智能控制方案
• 4.2.1 熔化期的快速最优控制策略
• 4.2.2 氧化期的模糊控制策略
• 4.2.3 还原期的 PID 控制策略
• 4.3 本章小结
• 第五章 电弧炉电极调节计算机控制系统的实现
• 5.1 PLC 电极调节器的硬件设计
• 5.2 PLC 电极调节软件设计
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• A 相电极调节 PLC 梯形图程序
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢