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精炼炉氩气流量的优化设定与控制
作 者: 崔东静
导 师: 毛志忠
学 校: 东北大学
专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 精炼炉 氩气系统 优化 建模 Fuzzy-PID复合控制
分类号: TF769
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
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内容摘要
吹氩搅拌是炉外精炼的措施之一,它有利于渣/钢之间反应的快速进行,加快渣/钢之间物质的传递;有利于去除非金属夹杂物,使钢水温度和化学成分均匀;还可以加速渣中氧化物的还原,因此钢包吹氩是提高钢液质量的关键装置。本文首先运用流体力学的知识,建立起钢包内的湍流模型和传输模型并确定边界条件以及数值求解方法,运用CFD软件Fluent6.3对60t钢包精炼炉进行数值模拟,得出钢包内钢液的稳态流场和瞬态流场,通过对其搅拌效果、混匀时间、卷渣现象以及液面波动的分析研究,得出了60t钢包精炼炉的最佳吹氩曲线。要实现对氩气流量的精确控制,设计流量控制器,并验证控制器的控制效果,分析底吹氩系统的动态特性,首先要对被控对象进行建模。本文通过对精炼炉底吹氩系统进行机理分析确定模型结构;然后基于一组实验测量数据用最小二乘法进行参数辨识,得出被控对象的数学模型。在此模型的基础上,从底吹氩系统工艺要求和控制系统的实际情况出发,设计了带有自调整因子的改进型FUZZY-PID复合控制器,该控制器根据氩气流量偏差和偏差变化情况在线调整模糊控制器的加权因子,从而调整了模糊控制器的控制规则,充分发挥模糊控制动态特性好和PID调节能消除静态偏差的特性,实现了氩气流量的精确控制。仿真表明,这种控制器发挥了两种控制策略的优点,克服了它们本身的缺点,具有较强的鲁棒性和良好的动态性能。
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全文目录
摘要 5-6 Abstract 6-9 第1章 绪论 9-17 1.1 炉外精炼的发展 9-10 1.2 钢水吹氩精炼的作用与意义 10-12 1.3 精炼炉底吹氩的基本原理 12-14 1.3.1 精炼炉底吹氩的工作原理 12-13 1.3.2 影响吹氩精炼效果的因素 13-14 1.4 钢包精炼炉的数值模拟研究现状 14-15 1.5 本文工作 15-17 第2章 钢包底吹氩的数学模型 17-27 2.1 概述 17 2.2 数学模型的建立 17-26 2.2.1 控制微分方程 17-22 2.2.2 边界条件 22 2.2.3 方程的离散化 22-25 2.2.4 数值求解方法 25-26 2.3 数值模拟发展状况 26 2.4 本章小结 26-27 第3章 钢包底吹氩的数值模拟 27-43 3.1 求解策略 27-29 3.2 吹氩过程的仿真结果分析 29-31 3.3 底吹氩曲线的优化设定 31-42 3.3.1 确定吹氩量的原则 31-41 3.3.2 典型的吹氩曲线 41-42 3.4 本章小结 42-43 第4章 底吹氩系统的建模 43-53 4.1 吹氩系统的结构 43-44 4.2 被控对象的分析 44 4.3 被控对象的建模 44-52 4.3.1 模型结构的确定 45-48 4.3.2 模型参数的辨识 48-52 4.4 本章小结 52-53 第5章 精炼炉底吹氩系统的控制策略 53-65 5.1 传统PID控制器 53-55 5.2 模糊控制的基本理论 55-58 5.3 模糊控制的优缺点 58-59 5.4 模糊控制器的改进 59-60 5.4.1 带有自调整因子的模糊控制器 59 5.4.2 Fuzzy-PID复合控制器 59-60 5.5 带有自调整因子的Fuzzy-PID复合控制器的设计与仿真 60-63 5.5.1 PID控制器的设计 60-61 5.5.2 带有自调整因子的模糊控制器的设计 61-63 5.6 仿真 63-64 5.7 本章小结 64-65 第6章 总结与展望 65-67 参考文献 67-71 致谢 71
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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 炼钢 > 钢液二次精炼和炉外处理
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