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《长春工业大学》 2010年
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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  
【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。
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