無模型自適應(yīng)控制在電弧爐電極節(jié)能控制系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用

【摘要】：本文以吉林鐵合金8分廠的電弧爐的控制系統(tǒng)為研究背景,在查閱了大量的國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,對電弧爐冶煉鐵合金的工藝過程、國內(nèi)外自焙電極過程發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了介紹,并討論了電弧爐的控制方法與技術(shù)的發(fā)展過程、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。 在電弧爐中,電流是通過接觸夾分配給每根電極,而后,經(jīng)過電極流向頂端,在那里產(chǎn)生了電弧。通過焦耳效應(yīng)產(chǎn)生大量的熱,來冶煉金屬的。在這個過程中,電極是非常重要的設(shè)備。對于自焙燒電極,本論文主要研究了影響連續(xù)自焙電極性能的因素。介紹了兩類應(yīng)用于不同的冶金工業(yè)中的連續(xù)自焙電極。在已有模型的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)分析了電極電流、升降速度、冷卻水和空氣溫度對連續(xù)自焙電極品質(zhì)的提升。 針對電弧爐冶煉鐵合金工藝對電極控制系統(tǒng)的要求,著重對電極控制策略的選擇和電極控制器的設(shè)計進(jìn)行了深入討論。在分析了電極控制系統(tǒng)工作機(jī)理的基礎(chǔ)上,首先建立了電極被控系統(tǒng)中電極以及各環(huán)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)(整流濾波環(huán)節(jié)、晶閘管交流電路的放大環(huán)節(jié)、交流力矩電動機(jī)、機(jī)械傳動裝置、速度反饋環(huán)節(jié))的數(shù)學(xué)模型。電弧爐系統(tǒng)具有非線性和時變性,同時,由于電弧爐三相電極之間有著很強(qiáng)的耦合作用,這嚴(yán)重的影響了對三相電極的控制效果,以往簡單的將三相電極分開控制所取得的控制效果并不理想,理論分析也表明對于三相電極之間的傳統(tǒng)PID控制很難取得良好的作用結(jié)果。因此,面對工程實(shí)際問題和工程應(yīng)用對控制方法要求的不斷提高,基于數(shù)學(xué)模型的控制理論和方法的局限性日益明顯,要求新的控制方法必須滿足被控對象的一系列要求,它應(yīng)對模型要求低,具有自適應(yīng)、克服大時滯等功能。 因此,不依賴于模型的控制方法—無模型自適應(yīng)控制MFAC(Model Free Adaptive Control)成為實(shí)際工程應(yīng)用中自動控制發(fā)展的一個重要方向。無模型自適應(yīng)控制方法以被控對象對控制方法的功能要求為導(dǎo)向,即功能組合控制,而不是先考慮建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。針對上述問題及其特點(diǎn),本文將無模型自適應(yīng)控制應(yīng)用到電弧爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)中來,提出了電弧爐電極的嵌入型無模型非參數(shù)自適應(yīng)控制。即在不改變原有控制系統(tǒng)的條件下,把受控對象、控制系統(tǒng)看成一個整體,進(jìn)行無模型自適應(yīng)控制。對于無模型自適應(yīng)控制,首先引入“擬偽梯度”,提出了非線性系統(tǒng)的線性化方法；進(jìn)一步的,利用最優(yōu)控制條件得出了輸入的控制律和“擬偽梯度”自適應(yīng)律。 對無模型自適應(yīng)控制方法進(jìn)行了計算機(jī)仿真研究,從仿真結(jié)果來看,采用無模型自適應(yīng)控制器在跟蹤性能、適應(yīng)性、克服大時滯能力方面都明顯優(yōu)于常規(guī)PID控制方法,并且抗干擾能力和穩(wěn)定性都更好。 【關(guān)鍵詞】：電弧爐 電極控制系統(tǒng) 無模型自適應(yīng)控制
【學(xué)位授予單位】：長春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TP273.2
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 緒論7-15
• 1.1 本課題研究背景及意義7
• 1.2 電弧爐發(fā)展現(xiàn)狀概述7-8
• 1.3 電弧爐工作原理8-12
• 1.3.1 電弧爐冶煉鐵合金過程8-11
• 1.3.2 自焙燒電極的發(fā)展過程11
• 1.3.3 電極自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)11-12
• 1.4 電極控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及存在主要問題12-14
• 1.4.1 電極控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.4.2 存在的主要問題13-14
• 1.5 本論文的主要研究內(nèi)容和任務(wù)14
• 1.6 本章小結(jié)14-15
• 第二章 連續(xù)自焙燒電極性能改善的研究15-23
• 2.1 連續(xù)自焙電極的分類15-16
• 2.1.1 Soderberg電極15-16
• 2.1.2 ELSA電極16
• 2.2 自焙電極的燒結(jié)16-18
• 2.2.1 軟化階段17
• 2.2.2 揮發(fā)階段17
• 2.2.3 燒結(jié)階段17-18
• 2.3 影響自焙電極的因素18-21
• 2.3.1 冷卻水溫度對自焙電極的影響18
• 2.3.2 電極殼內(nèi)空氣溫度對自焙電極的影響18-19
• 2.3.3 電極電流對自焙電極的影響19-20
• 2.3.4 電極升降速度對自焙電極的影響20-21
• 2.4 分析自焙電極事故原因21-22
• 2.4.1 電極硬斷21
• 2.4.2 電極軟斷21-22
• 2.5 本章小結(jié)22-23
• 第三章 電弧爐電極有模型自適應(yīng)控制的研究23-36
• 3.1 電弧爐調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述23-24
• 3.2 電弧爐電極各環(huán)節(jié)驅(qū)動執(zhí)行電路24-25
• 3.3 電弧爐電極的數(shù)學(xué)模型25-28
• 3.4 電弧爐電極PID控制的研究28-32
• 3.4.1 電弧爐電極PID控制器的設(shè)計28-30
• 3.4.2 電弧爐電極PID控制的仿真30-32
• 3.5 電弧爐電極自適應(yīng)控制算法的研究32-35
• 3.5.1 電弧爐電極自適應(yīng)控制算法的實(shí)現(xiàn)32-34
• 3.5.2 電弧爐電極自適應(yīng)控制算法的仿真34-35
• 3.6 本章小結(jié)35-36
• 第四章 電弧爐電極無模型自適應(yīng)控制的研究36-46
• 4.1 無模型自適應(yīng)控制方法概述36-38
• 4.1.1 無模型自適應(yīng)控制方法的定義36-37
• 4.1.2 無模型控制方法的應(yīng)用37-38
• 4.2 電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的泛模型及問題描述38-39
• 4.3 基于嵌入型MFAC控制系統(tǒng)設(shè)計方案39-40
• 4.4 MFAC系統(tǒng)設(shè)計40-42
• 4.4.1 非線性系統(tǒng)的線性化40
• 4.4.2 MFAC控制算法40-42
• 4.4.3 MFAC算法流程42
• 4.5 控制器收斂性分析42-44
• 4.6 無模型自適應(yīng)控制算法的仿真研究44-45
• 4.7 本章小結(jié)45-46
• 第五章 電弧爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)46-52
• 5.1 PLC電弧爐電極控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計46-47
• 5.1.1 電弧爐電極PLC工作原理46
• 5.1.2 PLC電極控制過程46-47
• 5.2 PLC電弧爐電極控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計47-51
• 5.2.1 PLC電極控制程序的總體設(shè)計47-48
• 5.2.2 PLC自動控制程序的設(shè)計48-49
• 5.2.3 無模型自適應(yīng)控制算法程序設(shè)計49-51
• 5.3 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 致謝53-54
• 參考文獻(xiàn)54-58
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果58-59

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