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LF钢包精炼炉电极控制应用与改进

作　者: 程军
导　师: 褚恩辉；李永奎
学　校: 东北大学
专　业: 电气工程
关键词: 电极控制 PID 阻抗控制方式滑模变结构控制系统仿真
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

电极是电弧炉和精炼炉的重要设备,起电离中间空气、对钢水或金属材料进行加热的作用。现场运行时电极不易调节到稳定工作状态,快速稳定性更不能得到保证,同时也造成了精炼炉系统耗电量高,效率低等问题。研制高性能的电极自动调节器对于提高炼钢质量,降低电能消耗具有很重要的意义。多年以来,电极调节系统更多采用的是传统PID控制方式,控制效果不很理想。由于精炼炉电极调节系统是一个多变量、强耦合、大滞后的非线性系统,本文据此以通钢精炼炉的电极调节系统为研究背景,深入研究了电弧的物理特性和电极调节系统的原理,分析推导了电弧等效数学模型和电气部分静态模型,对模型中的各个参数进行了较详细的分析。本文还对现有电极调节系统的各种控制方式进行了分析比较。其中较多分析了IAF控制方式和阻抗控制方式。为了以后现场应用,尤其对阻抗控制方式进行了着重的分析研究,对控制的各个部分进行编程,仿真模拟。最后,通过已有的现场数据,建立了滑模变结构控制模型,改进了传统PID控制,对电极运动实施分段控制,在控制过程的各个瞬间,根据系统中参数的状态以跃变的方式有目的地变化,从而将不同的结构特性揉合在一起,取得了比固定结构系统更完善的性能指标,实现了对原有控制系统的优化,通过仿真建立了有效的控制模型。从而可以大大改进系统的在线调整过程,实现对电极更好的控制。在上述研究的基础上,输出与现场数据进行了比较。结果表明,本文提出的滑模变结构控制模型能更好地解决三相电极的耦合问题,可以更好地跟随给定输入,在动态响应、抗干扰性、鲁棒性等方面都有很大的提高,具有重要的理论价值和实际应用意义。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 概述  11
  1.2 LF精炼炉的发展概况  11-14
    1.2.1 国外精炼工艺发展概况  12-13
    1.2.2 国内精炼工艺发展概况  13-14
  1.3 国内外电极调节控制研究概况  14-16
    1.3.1 国外电极调节控制研究概况  14-16
    1.3.2 国内电极调节控制研究概况  16
  1.4 本课题的提出与研究的内容  16-17
    1.4.1 课题的提出  16-17
    1.4.2 本课题的研究内容及意义  17
  1.5 本文的主要工作  17-19
第二章电极调节系统数学模型  19-37
  2.1 电弧基本理论研究  19-23
    2.1.1 电弧的物理特性  19-21
    2.1.2 合理工作点的选择  21-23
  2.2 电气系统数学模型  23-33
    2.2.1 单相电极电气数学模型  23-25
    2.2.2 三相电极电气数学模型  25-33
  2.3 液压传动系统数学模型  33-34
  2.4 数学模型的分析  34-37
    2.4.1 控制的非线性、多变量性  34
    2.4.2 系统的强耦合性  34
    2.4.3 系统的大滞后性  34-37
第三章 LF炉电极控制方式分析  37-47
  3.1 对不同控制方式的考虑  37-39
    3.1.1 恒阻抗调节方法  37-38
    3.1.2 恒电流调节方法  38-39
    3.1.3 恒功率调节方法  39
  3.2 电极控制方法的比较  39-40
  3.3 对电极调节不同控制系统和算法的讨论  40-47
    3.3.1 传统PID控制方法  40-41
    3.3.2 人工智能方法控制的电极调节系统  41-43
    3.3.3 人工神经网络的简介及特点  43-47
第四章电极控制应用研究  47-75
  4.1 概述  47
  4.2 西门子PLC硬件组成及STEP7软件设计  47-53
    4.2.1 SIMATIC S7-300/400系统结构  47-49
    4.2.2 程序设计描述  49-53
  4.3 典型阻抗控制系统的分析及功能实现  53-65
    4.3.1 Simelt AC构架介绍  53
    4.3.2 阻抗控制功能的实现  53-65
  4.4 阻抗控制系统的实际应用  65-75
    4.4.1 引进设备电极控制系统介绍  65-70
    4.4.2 国产设备电极控制系统介绍  70-75
第五章滑模变结构控制模型应用  75-93
  5.1 概述  75
  5.2 滑模变结构控制模型研究  75-82
    5.2.1 滑模变结构控制简介  75-77
    5.2.2 滑模变结构控制基本原理  77-79
    5.2.3 滑模变结构控制系统的抖振问题  79-82
  5.3 电极调节控制器的改进  82-91
    5.3.1 阻抗计算和点火控制  82-83
    5.3.2 设定点设计  83-84
    5.3.3 滑模控制在主控制器中的应用  84
    5.3.4 对主控制器的MATLAB仿真  84-90
    5.3.5 阀死区补偿  90
    5.3.6 短路限制  90
    5.3.7 过压补偿  90-91
  5.4 控制功能的编程设计  91
  5.5 小结  91-93
第六章总结及展望  93-95
参考文献  95-99
致谢  99

LF钢包精炼炉电极控制应用与改进

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