电弧炉电极自适应控制技术

论文摘要

随着经济的发展，我国新建和运行的高功率电弧炉越来越多，其中不乏技术非常先进的电炉设备，但电弧炉的控制技术以及操作水平还远未达到先进水平，造成设备生产能力的巨大浪费、能源浪费并导致经济效益低下。我国的电弧炉的控制技术以及运行技术存在着很大的空白，有待于深入的研究，提高我国电弧炉控装置技术水平将极大提高我国冶金行业技术水平并会带来很大的经济效益和环保价值。为此，本文讨论了电弧炉的控制技术以及电气运行技术。本文以某公司新上马的一台30MVA六电极电弧炉为研究对象，深入分析了电液伺服控制系统的特性。柱塞缸在液压伺服系统中的应用比较少，文章从柱塞缸的结构出发，通过流体力学分析并进行理论推导，建立起了以方向比例阀与柱塞缸组成的液压系统的数学模型。研究显示，柱塞缸电液伺服系统在本质上是一个非线性系统，其系统阻尼以及结构参数随着柱塞的运动而变化。经典自动控制技术对此类系统并不适用。另外，电液伺服系统的控制对象——电弧本身具有非常强的非线性，其主要影响因素有电弧电压、电弧内部电磁场、电弧的弧长、电弧温度、介质密度等等。目前的各种电弧模型假说都是基于上述因素进行数学方程推导。显而易见，由于电炉炉内环境复杂多变，上述电弧模型假说并不实用，为此，本文将电弧视作一个黑盒子，采用输入输出法定义了电弧的非线性等效增益，只过问输入输出特性，不过问电弧内部机理。本文最终的仿真实验发现电弧实际上是一种“能量弹簧”，这反过来验证了用电弧的非线性等效增益来描述电弧与电弧的实际情况吻合。本文将遗忘因子递推最小二乘法引入自适应控制技术当中，将二者有机结合。遗忘因子递推最小二乘法能够不断有效吸收新的输入数据，排除旧数据，从而保障了系统控制信息来源的实时性。自校正控制技术能够实时地跟踪系统结构参数的变化，将输入和反馈差值的方差最小化从而实现控制目的。本文以上述二者的有机结合为理论基础，开发了电弧炉电极调节系统的自适应控制技术，并进行仿真实验，实验证明，该技术能够很好地跟踪输入设定，有效地解决非线性系统参数的时变性，并与电弧炉实际运行情况相符。在文章的最后还分析了电弧炉的电气结构以及电气运行技术。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 电弧炉冶炼技术
• 1.1.1 电弧炉发展历史
• 1.2 电弧炉的特点及其优势
• 1.2.1 电弧炉的特点
• 1.2.2 电弧炉冶炼的优势
• 1.3 电弧炉技术研究现状
• 第2章 电弧炉电液控制系统
• 2.1 电弧炉液压系统结构
• 2.2 电弧炉液压系统及其建模
• 2.2.1 柱塞式液压缸
• 2.2.2 柱塞缸电液伺服系统动特性
• 第3章 电弧
• 3.1 电弧概述
• 3.2 电弧特性
• 3.2.1 电弧静特性
• 3.2.2 电弧动特性
• 3.3 电弧模型假说
• 3.4 电弧等效增益
• 第4章 自校正控制系统
• 4.1 自校正控制技术
• 4.1.1 自校正控制技术概述
• 4.1.2 确定性等价原理
• 4.1.3 自校正控制系统结构
• 4.1.4 自校正控制算法的分类
• 4.1.5 自校正控制系统的性能指标
• 4.2 Diophantine方程
• 4.3 最小方差自校正调节器
• 4.3.1 单步输出预测
• 4.3.2 最小方差控制
• 4.4 广义最小方差控制
• 4.4.1 广义最小方差控制
• a. 广义最小方差控制律
• b. 广义最小方差控制律闭环系统分析
• 第5章 系统辨识
• 5.1 系统辨识概述
• 5.1.1 辨识的定义
• 5.1.2 辨识的基本原理
• 5.2 最小二乘估计法
• 5.2.1 批处理最小二乘法
• 5.3 递推最小二乘法（RLS）
• 5.4 遗忘递推最小二乘法
• 5.4.1 数据饱和现象
• 5.4.2 遗忘递推最小二乘法
• 第6章 电弧炉液压控制系统仿真分析
• 6.1 研究对象简介
• 6.2 电弧炉控制系统参数
• 6.3 系统自校正仿真实验
• 6.3.1 控制对象模型分析
• 6.3.2 电极自适应控制系统根轨迹及稳定性分析
• 6.3.3 电极自适应控制系统仿真及对比分析
• 第7章 电弧炉电气运行
• 7.1 电弧炉单项变压器等效电路
• 7.1.1 变压器空载运行
• 7.1.2 变压器的负载运行
• 7.2 电弧功的冶炼运行
• 7.2.1 三相电弧炉及其运行特点
• 7.2.2 六电极电弧炉及其运行特点
• 7.3 电弧的操作
• 7.4 电弧炉功率圆
• 7.4.1 电弧炉功率理论
• 7.4.2 功率圆的应用
• 第8章 总结
• 参考文献
• 攻读学位期间发表文章