神经网络在攀长钢双极串联电渣炉控制系统中的研究与应用

摘要

随着市场对优质合金钢和特种合金的需求不断增加，电渣重熔技术广泛应用在生产实践中，单极和双极电渣炉技术得到了更大的创新和发展，电渣重熔工艺也日渐成熟。在双极串联型电渣炉熔炼过程中，熔炼电流的控制精度是决定电渣重熔产品质量的关键性因素之一。
　　 但是电渣重熔冶炼中，电流的控制因受工艺过程、机械特性，环境等因素的影响，不仅具有高度的非线性，难以用精确的数学模型表达，而且要求电流输出量跟随期望的运动轨迹的变化而变化。因此，常规PID控制难以达到所期望的控制效果。通过分析现有的电渣重熔过程的电流控制方法，总结各种方法的特点，得出要想有效的改善电渣重熔过程的电流控制精度需要采用现代智能控制技术的结论。神经网络理论为解决复杂的非线性、不确知系统开辟了一条新途径，已在许多领域得到成功应用。因此，设计中针对电渣炉这一典型的惯性、纯滞后、时变非线性控制系统的特点，应用了BP神经网络控制自整定PID控制方案。
　　 本课题以实际工程项目的设计为背景，首先对双极串联式电渣炉的生产工艺特点和设备情况进行了介绍，尤其是对双极串联的供电回路和控制电路进行了分析。针对该电渣炉的特点，确定了应用BP神经网络控制自整定PID参数的控制方案。采用西门子公司的PLC S7-300及工控机分别作为控制系统的下位机和上位机人机接口。以PLC为核心进行基础检测和过程逻辑控制、物理量采集以及故障诊断。在标准的STEP7软件包的基础上，增加S7-SCL语言的选件，完成BP神经网络PID的算法，从而更有效地实现稳定、良好的控制。
　　 现场的调试效果证实了该控制系统的调节器由于采用了BP-PID参数自整定控制策略，系统跟踪性能好，稳态精度高，超调量小。电渣炉熔炼过程控制平稳，工作可靠性高。与采用常规PID控制器调节的控制系统相比，在稳定熔炼期的电流波动由±8％降至±3％。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1电渣冶金技术的发展历程

1.1.1电渣重熔技术的原理

1.1.2电渣重熔技术的发展

1.1.3双极串联电渣重熔技术及其优点

1.2电渣炉控制系统的综述

1.2.1电渣炉控制系统的组成

1.2.2电渣炉控制系统的发展

1.3本文主要研究目的研究内容

2双极串联电渣炉的工艺分析

2.1电渣重熔过程中的主要物化反应

2.2双极串联式电渣炉的工艺流程

2.2.1引弧造渣

2.2.2正常熔炼

2.2.3补缩填充

2.3双极串联电渣冶金的供电特点

2.4双极串联式电渣炉供电回路等效分析

2.5双极串联电渣重熔主要工艺参数

2.5.1电压和电流

2.5.2渣系

2.5.3填充比

2.5.4电极轴心间距

2.6双极串联电渣重熔主要目标参数

2.6.1金属熔池深度

2.6.2熔化电流

2.6.3冷却制度

2.7现有系统存在问题及其改进措施

2.8本章小结

3控制方式分析与选择

3.1常规PID控制原理

3.1.1 PID控制原理

3.1.2数字PID控制

3.1.3常规PID控制的特点

3.2智能控制综述

3.2.1智能控制的研究对象

3.2.2智能控制的发展概况

3.2.3智能控制系统的主要类型

3.3基于BP神经网络的PID控制

3.3.1神经网络的发展概述

3.3.2神经网络的拓扑结构

3.3.3神经网络的学习规则

3.3.4神经网络用于控制领域

3.3.5 BP神经网络的结构及特点

3.3.6基于BP神经网络的PID控制

3.4 BP神经网络的PID控制仿真比较分析

3.5本章小结

4电渣炉神经网络PID控制器设计

4.1电渣重熔系统控制策略

4.1.1恒电流控制策略

4.1.2 PID控制方式的局限性

4.2基于西门子PLC的神经网络控制系统设计

4.2.1电渣炉BP神经网络PID控制器设计

4.2.2系统硬件配置

4.2.3下位机PLC软件设计

4.2.4监控系统设计

4.3本章小结

5现场调试与结果分析

5.1系统运行调试

5.2自动熔炼控制系统运行

5.3现场调试及结果分析

5.3.1调试结果分析

5.3.2问题分析

5.4本章小结

6结 论

致 谢

参考文献