倾动式电炉恒流量自控系统建模与实验研究

论文摘要

电磁场快速铸轧技术是当今材料制备领域的一项新技术,前箱液位的控制是其中的关键技术之一,它影响铸轧区中金属液的流态与流动均匀性,从而影响铸轧工艺过程的稳定。在实验铸轧系统中,前箱液位由倾动式电炉的浇注流量与铸轧速度的匹配关系决定。通过实际浇注系统的物理建模与自控系统的动态建模、恒流量实验系统硬件设计与软件编程、实验研究等找到铸轧过程中电炉的恒流量控制方法,提出了实现恒流量的新方法—修正系数法。实验系统的成功研制对确保电磁场快速铸轧过程的稳定、提高铸坯质量具有十分重要的意义。研究工作主要包括如下几个部分: 1.建立实际倾动式电炉流量浇注系统的物理模型,推导出电炉流量与驱动电机转速之间的数理关系式,将电炉的流量控制转移到驱动电机的转速控制,提出了实现恒流量的新方法一修正系数法。 2.设计了倾动式电炉恒流量自控实验系统总方案,据此推导各环节的变量传递关系,进而建立恒流量自控实验系统的理论动态数学模型,并进行了倾动式电炉恒流量自控实验系统主电路和触发电路设计,成功设计了一套具有电流环与转速环的双闭环恒流量自控实验系统。 3.运用工程设计方法设计与研究实验系统中的PID调节器。建立恒流量自控实验系统的实际动态数学模型,对实际动态数学模型进行一系列简化,并运用劳斯稳定性判据对实验系统的稳定性进行分析与研究,对倾动式电炉恒流量自控实验系统的快速性等指标运用MATLAB软件进行计算机仿真建模与分析。 4.根据物理模型,得到一系列修正系数,进行软件算法分析与设计;运用模块化程序设计方法,成功设计恒流量自控实验系统的应用软件,实现了对恒流量的实验模拟控制。 5.通过模拟实验验证倾动式电炉恒流量自控实验系统。对实验数据进行统计分析;找出各区间电机转速的变化规律,与修正系数的变化规律进行对照分析。 实验表明:各区间电机转速的变化规律与修正系数的变化规律完全吻合;通过改变修正系数就可改变转速,从而改变电炉的流量。电炉恒流量自控实验系统能实现流量调节和保持流量在整个区间内恒

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 铸轧技术的发展历史
• 1.3 前箱液位与电炉流量控制的研究现状
• 1.4 本论文研究的主要内容
• 第二章 倾动式电炉恒流量自控系统建模
• 2.1 电炉浇注系统的物理模型
• 2.2 倾动式电炉恒流量自控系统的动态数学模型
• 2.2.1 晶闸管触发和整流装置的传递函数
• 2.2.2 额定励磁下直流电机的传递函数
• 2.2.3 恒流量系统的理论动态数学模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 恒流量自控实验系统设计
• 3.1 恒流量自控实验系统总体分析与设计
• 3.2 恒流量自控实验系统控制电路分析与设计
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 晶闸管整流电路的设计
• 3.2.3 晶闸管触发电路的设计
• 3.3 恒流量自控实验系统主电路分析与设计
• 3.4 恒流量自控实验系统的参数分析与测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 实验系统的调节器设计与系统性能分析
• 4.1 PID参数的整定研究
• 4.1.1 电流调节器的设计
• 4.1.2 转速调节器的设计
• 4.2 恒流量自控实验系统性能分析
• 4.2.1 求解系统传递函数
• 4.2.2 系统稳定性能分析
• 4.2.3 系统计算机仿真分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 恒流量自控实验系统软件设计
• 5.1 软件设计的背景介绍
• 5.2 软件算法分析与设计
• 5.2.1 增益系数的计算
• 5.2.2 修正系数的计算
• 5.2.3 给定转速的计算
• 5.2.4 克服电机死区电压的措施
• 5.3 软件编制
• 5.3.1 程序流程图
• 5.3.2 程序编制以及安全措施
• 5.3.3 本软件的主要功能
• 5.4 本章小结
• 第六章 倾动式电炉恒流量自控实验系统实验研究
• 6.1 倾动式电炉恒流量自控实验系统实验方案
• 6.1.1 倾动式电炉恒流量自控实验系统实验方案
• 6.1.2 实验条件
• 6.2 倾动式电炉恒流量自控实验系统实验研究
• 6.2.1 倾动式电炉恒流量自控实验系统实验过程
• 6.2.2 倾动式电炉恒流量自控实验系统实验数据记录
• 6.2.3 倾动式电炉恒流量自控实验系统实验数据分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 全文总结与展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 附表1 修正系数计算表
• 电炉恒流量实验程序清单