无模型自适应控制在电弧炉电极节能控制系统中的研究与应用

【摘要】：本文以吉林铁合金8分厂的电弧炉的控制系统为研究背景,在查阅了大量的国内外相关文献的基础上,对电弧炉冶炼铁合金的工艺过程、国内外自焙电极过程发展状况进行了介绍,并讨论了电弧炉的控制方法与技术的发展过程、研究现状及发展趋势。 在电弧炉中,电流是通过接触夹分配给每根电极,而后,经过电极流向顶端,在那里产生了电弧。通过焦耳效应产生大量的热,来冶炼金属的。在这个过程中,电极是非常重要的设备。对于自焙烧电极,本论文主要研究了影响连续自焙电极性能的因素。介绍了两类应用于不同的冶金工业中的连续自焙电极。在已有模型的基础上,重点分析了电极电流、升降速度、冷却水和空气温度对连续自焙电极品质的提升。 针对电弧炉冶炼铁合金工艺对电极控制系统的要求,着重对电极控制策略的选择和电极控制器的设计进行了深入讨论。在分析了电极控制系统工作机理的基础上,首先建立了电极被控系统中电极以及各环节执行机构(整流滤波环节、晶闸管交流电路的放大环节、交流力矩电动机、机械传动装置、速度反馈环节)的数学模型。电弧炉系统具有非线性和时变性,同时,由于电弧炉三相电极之间有着很强的耦合作用,这严重的影响了对三相电极的控制效果,以往简单的将三相电极分开控制所取得的控制效果并不理想,理论分析也表明对于三相电极之间的传统PID控制很难取得良好的作用结果。因此,面对工程实际问题和工程应用对控制方法要求的不断提高,基于数学模型的控制理论和方法的局限性日益明显,要求新的控制方法必须满足被控对象的一系列要求,它应对模型要求低,具有自适应、克服大时滞等功能。 因此,不依赖于模型的控制方法—无模型自适应控制MFAC(Model Free Adaptive Control)成为实际工程应用中自动控制发展的一个重要方向。无模型自适应控制方法以被控对象对控制方法的功能要求为导向,即功能组合控制,而不是先考虑建立被控系统的数学模型。针对上述问题及其特点,本文将无模型自适应控制应用到电弧炉电极调节系统中来,提出了电弧炉电极的嵌入型无模型非参数自适应控制。即在不改变原有控制系统的条件下,把受控对象、控制系统看成一个整体,进行无模型自适应控制。对于无模型自适应控制,首先引入“拟伪梯度”,提出了非线性系统的线性化方法；进一步的,利用最优控制条件得出了输入的控制律和“拟伪梯度”自适应律。 对无模型自适应控制方法进行了计算机仿真研究,从仿真结果来看,采用无模型自适应控制器在跟踪性能、适应性、克服大时滞能力方面都明显优于常规PID控制方法,并且抗干扰能力和稳定性都更好。 【关键词】：电弧炉 电极控制系统 无模型自适应控制
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP273.2
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-15
• 1.1 本课题研究背景及意义7
• 1.2 电弧炉发展现状概述7-8
• 1.3 电弧炉工作原理8-12
• 1.3.1 电弧炉冶炼铁合金过程8-11
• 1.3.2 自焙烧电极的发展过程11
• 1.3.3 电极自动调节系统11-12
• 1.4 电极控制系统研究现状及存在主要问题12-14
• 1.4.1 电极控制系统研究现状12-13
• 1.4.2 存在的主要问题13-14
• 1.5 本论文的主要研究内容和任务14
• 1.6 本章小结14-15
• 第二章 连续自焙烧电极性能改善的研究15-23
• 2.1 连续自焙电极的分类15-16
• 2.1.1 Soderberg电极15-16
• 2.1.2 ELSA电极16
• 2.2 自焙电极的烧结16-18
• 2.2.1 软化阶段17
• 2.2.2 挥发阶段17
• 2.2.3 烧结阶段17-18
• 2.3 影响自焙电极的因素18-21
• 2.3.1 冷却水温度对自焙电极的影响18
• 2.3.2 电极壳内空气温度对自焙电极的影响18-19
• 2.3.3 电极电流对自焙电极的影响19-20
• 2.3.4 电极升降速度对自焙电极的影响20-21
• 2.4 分析自焙电极事故原因21-22
• 2.4.1 电极硬断21
• 2.4.2 电极软断21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 电弧炉电极有模型自适应控制的研究23-36
• 3.1 电弧炉调节系统概述23-24
• 3.2 电弧炉电极各环节驱动执行电路24-25
• 3.3 电弧炉电极的数学模型25-28
• 3.4 电弧炉电极PID控制的研究28-32
• 3.4.1 电弧炉电极PID控制器的设计28-30
• 3.4.2 电弧炉电极PID控制的仿真30-32
• 3.5 电弧炉电极自适应控制算法的研究32-35
• 3.5.1 电弧炉电极自适应控制算法的实现32-34
• 3.5.2 电弧炉电极自适应控制算法的仿真34-35
• 3.6 本章小结35-36
• 第四章 电弧炉电极无模型自适应控制的研究36-46
• 4.1 无模型自适应控制方法概述36-38
• 4.1.1 无模型自适应控制方法的定义36-37
• 4.1.2 无模型控制方法的应用37-38
• 4.2 电极调节系统的泛模型及问题描述38-39
• 4.3 基于嵌入型MFAC控制系统设计方案39-40
• 4.4 MFAC系统设计40-42
• 4.4.1 非线性系统的线性化40
• 4.4.2 MFAC控制算法40-42
• 4.4.3 MFAC算法流程42
• 4.5 控制器收敛性分析42-44
• 4.6 无模型自适应控制算法的仿真研究44-45
• 4.7 本章小结45-46
• 第五章 电弧炉电极调节系统的实现46-52
• 5.1 PLC电弧炉电极控制系统的硬件设计46-47
• 5.1.1 电弧炉电极PLC工作原理46
• 5.1.2 PLC电极控制过程46-47
• 5.2 PLC电弧炉电极控制系统的软件设计47-51
• 5.2.1 PLC电极控制程序的总体设计47-48
• 5.2.2 PLC自动控制程序的设计48-49
• 5.2.3 无模型自适应控制算法程序设计49-51
• 5.3 本章小结51-52
• 结论52-53
• 致谢53-54
• 参考文献54-58
• 攻读硕士学位期间研究成果58-59

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

综合智能控制策略在电弧炉控制中的应用    李强,潘永湘,余健明,梁莉

大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案    翁利民,陈允平,舒立平

电弧炉电气特性在线监测系统的研制与应用    顾根华,肖维鹏,黄胜,秦勤,龚国瓒

应用MATLAB设计炼钢电弧炉电极模糊控制器    陈淑燕,瞿高峰,黄毅

无模型控制方法在化肥生产中的应用    韩志刚

无模型自适应控制的现状与展望    侯忠生;

电弧炉的混合仿真模型    宁元中,梁颖,吴昊

电弧炉电极调节系统的离散时间自适应控制研究    刘小河,张道成

数字模型参考自适应控制算法在电弧电极控制中的仿真    刘小河,王永社,侯浩录

电弧炉电极调节器对电网电压波动影响的仿真研究    吕晓东;刘小河;

MATLAB在光学实验中的应用    陈小莉,钟生海

某重型车辆联合制动的仿真研究    姚寿文,阎清东,项昌乐

液力变矩减速器制动性能的仿真研究    姚寿文,闫清东,项昌乐

神经网络结构及其权值优化的遗传算法    周世官,李钟侠

利用C-API的基于RTW实时仿真系统在线调参    冯磊;姚新宇;吴重祥;黄柯棣;

神经网络技术在舞台升降台控制系统中的应用    任慧;刘妍;胡高平;

数字闭环光纤陀螺动态特性测试研究    王妍,张春熹

用神经网络技术建造碳钢和低合金钢大气腐蚀知识库    栾艳冰,李顺华,屈祖玉

监控AGC系统的智能PID控制策略    于丽杰,王京

模糊控制技术在污水处理系统的应用    薛福霞,刘载文,王正祥,杨斌

适用于地区电网的短期负荷预测方法的研究    侯广松;刘伟生;

参数自整定模糊PID微型燃机转速控制系统的设计    曲娜;

基于MATLAB的潜艇耐压液舱结构优化设计    孙倩;郑超瑜;蔡振雄;

基于MATLAB／RTW的实时控制系统开发    张宏立;

基于结构自适应BP网络的电弧炉电流预测模型    岳有军;王红君;张书军;

切纸机液压系统模糊控制器的优化设计    孙颖;张袅娜;程方晓;吴瑞芝;强永东;

工程应用控制系统设计中某些问题的探讨    韩志刚;

汽油调合的辛烷值(RON)估算方法综述    张祥东;钱锋;

基于混合Elman动态神经网络的非线性实时自适应逆控制    卢志刚;冀尔康;李伟;周凌;吴士昌;

无模型姿态控制理论与技术    池荣虎;于镭;隋树林;

结构振动智能控制的人工神经网络与模糊逻辑方法研究    阎石

建筑墙体表面换热过程辩识方法与数值预测方法研究    张泠

基于磁流变阻尼器的车辆悬架系统半主动控制    翁建生

人工智能与混沌理论在铜锍吹炼炉实时仿真与优化决策中的应用研究    姚俊峰

机载光电平台的稳定与跟踪伺服控制技术研究    王连明

木材铣削加工激光在线检测及模糊控制的研究    韩玉杰

基于多体理论的汽车悬架系统分析、设计与控制研究    王其东

水面舰船动力定位系统智能控制技术研究    夏国清

ROV工作母船动力定位控制系统研究    施小成

武装直升机大机动、高敏捷性神经网络鲁棒自适应飞行控制研究    张锐

地震作用下结构响应的预测及模糊预测控制    吴臻

基于补偿算子的模糊神经网络系统及其在系统建模和控制中的应用研究    冯大勇

基于LonWorks技术的智能节点的研制及其在BAS中的应用    黄留京

模糊控制理论在滞后系统中的应用    肖勇

配电网状态估计    张春凯

新型智能控制器在BDCM交流伺服系统中的应用研究    邵辉

自适应模糊单神经元非模型控制系统的研究    刘天键

智能技术在电力企业负荷预测中的应用研究    曾刚

污水处理自适应模糊控制系统的设计与实现研究    罗麦青

风速风向对墙体表面换热系数影响的实验研究    邓宁华

安装MR阻尼器工程结构的非参数模型自适应控制    周强,瞿伟廉

电弧炉电极调节系统自适应控制的仿真研究    刘小河,刘康平,张成乾

用于电压波动研究的电弧炉的模型和仿真    祁碧茹,肖湘宁

电弧炉电气系统的谐波分析研究    刘小河，程少庚，苏文成

改进的遗传算法在谐波抑制中的应用    翁俐民,王渺

大型电弧炼钢炉SVC方案设计及其实际效果    吴杰

大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案    翁利民,陈允平,舒立平

电弧炉电极调节系统的发展    姚瑶

炼钢电弧炉电极升降微机控制的回顾与总结    员卫国

电弧炉引起电压波动的估算与仿真    王育飞,陈飞,葛芦生

电弧炉电气系统的模型、谐波分析及电极调节系统自适应控制的研究    刘小河

电弧炉电气系统谐波分析的仿真研究    吕晓东;邹东;巩琼;

基于PLC实现的电弧炉电极控制系统    赵惠军;周浩;

防止电弧炼钢炉相间短路状态下送电的一种措施    崔永刚;

一种新型DSTATCOM用于电弧炉柔性供电的研究    黄黎芬;姜建国;王育飞;

基于WinAC的70t LF钢包精炼炉电极控制系统设计及应用    张世峰;张绍德;李坤;郑啸;

数据挖掘在安钢电极预测建模中的应用    郭飞;李华德;冉正云;

基于WinAC的LF炉电极控制系统的设计    姚荣斌;李生权;

可控硅-感应电机型电极升降自动控制系统    袁刚之;

钢包精炼电极加热控制系统    王振华

电弧炉神经网络电极控制系统设计    黄永平;王媛彬;雷俊红;

电弧炉技术国内外现状及发展趋势    潘宏涛;

基于电弧炉建模分析间谐波对继电保护设备的影响    宋海峰;张章;

“三鼎”走向辉煌的领航人——王清芳    本报记者 王斌

“长春三鼎”九年研制出7个“中国第一台”    本报记者 王斌

超高功率电弧炉电极升降神经网络电极调节器研制成功    张苓 刘记生

优化生产工艺 实现高效电炉炼钢    张化义 摘译

不断优化 实现电炉炼钢高效化生产    潘宏涛

应用先进自动化技术 实现电炉精准操作    Arno Dobbeler

从铁矿到热轧带钢的短流程钢厂设计    张化义

长春三鼎变压器是怎样实现跨越式发展的    本报记者 王斌

提高电炉抽头切换开关可靠性和操作性研究    张化义

新型交流电弧炉混沌模型及其应用研究    王育飞

交流电弧炉电弧模型研究及其应用    王琰

锰铁冶炼电弧炉电极控制系统的仿真研究    刘建锋

无模型自适应控制在电弧炉电极节能控制系统中的研究与应用    姚禹

基于经济指标的电弧炉工艺优化模型研究    李展

考虑电极消耗情况下电弧炉供电曲线的制定与优化    杨雪林

基于模糊专家系统的电弧炉炉况判断    毛鹏飞

电弧炉供电曲线的综合优化    何玲

模糊PID算法在电弧炉电极控制中的研究    池世春

电弧炉负荷对配电网影响及其治理研究    郑倩

智能控制技术在电弧炉电极调节中的应用    李艳伟

高碳铬锰炉电极进给预测控制方法研究    谢涛