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废杂铜冶炼过程控制系统的设计与实现

作　者: 李英道
导　师: 宋执环
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 废杂铜 数据驱动 预测控制 免模型 集散控制系统 数据驱动控制器 子空间预测控制器
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


铜是国民经济建设中具有战略意义的资源之一。我国铜资源非常短缺,研究高效、清洁、节能的废杂铜再生是解决我国铜资源短缺的重要出路。现有废杂铜冶炼过程能源消耗高、劳动强度大、环境污染严重,且低含量的废杂铜资源不能充分利用,更为急迫的是现有废杂铜再生的冶炼装备被国家发改委列入淘汰目录。因此,开展废杂铜连续冶炼的新型工艺及其控制系统的研究,形成我国铜再生资源综合利用和节能减排技术体系,是建设资源节约型和环境友好型社会急需解决的首要问题。本文基于竖平炉的废杂铜连续冶炼装置为对象,以节能减排为目标,设计冶炼过程的计算机控制系统,并基于数据驱动方法研究其优化控制策略,主要内容有：1.介绍了基于竖平炉的废杂铜连续冶炼工艺。该工艺实现了连续生产,缩短了冶炼时间,采用能源利用率更高的竖炉对原料进行加热,高温废气直接用于原料预热,都极大地提高了能源利用率。悬空状态下进行的熔化使得液滴和炉气接触面积大,可以使难以氧化的杂质在竖炉内能很好地去除,给使用低品位废杂铜原料奠定了基础。2.以废杂铜连续冶炼装置为对象进行计算机控制系统设计。将整个工艺流程按工段划分为三个子系统,根据每个子系统的主要监控参数及工艺控制要求,研究底层控制及优化控制方案。给出了控制系统的传感器、执行器和控制器等设计与选型,研发了专用和非标准设备的接口电路,完成了现场控制器软件、系统监控软件的设计与编程等,并结合过程实际运行情况及DCS监控情况进行问题分析与总结。3.结合竖平炉连续冶炼工艺,针对废杂铜连续冶炼过程中的燃烧/氧化过程及还原过程等不确定对象,提出了一种基于定性机理与数据驱动相结合的优化控制策略,利用实际过程运行数据进行预测控制器设计,并设计仿真模型进行验证。最后对现有的工艺及其控制等方面进行了总结,并对进一步改进废杂铜连续冶炼过程的未来工作和可能的发展方向进行了展望。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-11
第1章 绪论  11-21
  1.1 研究背景及意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 国内外废杂铜再生冶炼行业的主要装备与技术  14-15
    1.2.2 国内外废杂铜连续冶炼设备和技术开发现状  15-17
  1.3 我国铜再生行业面临的主要问题  17-19
    1.3.1 设备和工艺落后  17-18
    1.3.2 控制手段落后  18
    1.3.3 优化控制研究不足  18-19
  1.4 论文的主要内容  19-21
第2章 废杂铜连续冶炼工艺  21-35
  2.1 引言  21-23
  2.2 连续冶炼工艺  23-25
  2.3 子系统划分  25-31
    2.3.1 进料控制子系统  25-27
    2.3.2 燃烧/氧化控制子系统  27-29
    2.3.3 还原控制子系统  29-31
  2.4 子系统变量分析  31-34
    2.4.1 燃烧/氧化控制子系统  31-32
    2.4.2 还原控制子系统  32-33
    2.4.3 控制结构分析  33-34
  2.5 本章小结  34-35
第3章 子空间预测控制器的设计及仿真  35-51
  3.1 引言  35-37
  3.2 子空间预测控制器设计及仿真  37-50
    3.2.1 子空间辨识  37-40
    3.2.2 基本子空间预测控制器算法  40-43
    3.2.3 自适应子空间预测控制器设计  43-45
    3.2.4 基于定性机理的子空间预测控制器设计  45-47
    3.2.5 变窗口长度的子空间预测控制器设计  47-50
  3.3 本章小结  50-51
第4章 废杂铜连续冶炼过程控制系统的实现  51-75
  4.1 引言  51-53
  4.2 底层控制框图  53-55
  4.3 控制系统构成  55-67
    4.3.1 变量检测  55-59
    4.3.2 执行机构  59-61
    4.3.3 检测点及控制点统计  61
    4.3.4 监控平台  61-65
    4.3.5 控制模块  65-67
  4.4 DCS实现  67-74
    4.4.1 烘炉  67-68
    4.4.2 冶炼  68-70
    4.4.3 监控界面  70-72
    4.4.4 系统运行总结  72-74
  4.5 本章小结  74-75
第5章 废杂铜连续冶炼过程的优化控制  75-89
  5.1 引言  75-76
  5.2 数据处理  76-81
    5.2.1 原始数据  76-79
    5.2.2 滤波处理  79-81
  5.3 模型辨识  81-83
  5.4 优化控制仿真  83-87
  5.5 本章小结  87-89
第6章 总结与展望  89-91
  6.1 总结  89
  6.2 展望  89-91
参考文献  91-96
攻读硕士学位期间主要的研究成果  96

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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