电弧炉电极智能控制系统的研究与设计

摘要

我国能源日趋紧缺，环保要求更加严格，有效地操作、高效、优质、节能降耗、低成本的运行对电石工业是至关重要的。要想电弧炉冶炼的产品在市场具有竞争力，必须尽可能提高产品质量，并降低能耗。现今，电弧炉过程控制技术正由常规基础自动化和一般监控功能向人工智能、专家系统及管理优化方向发展。如要实现上述控制目标，单纯依靠常规控制策略很难实现，必须采用先进的控制技术。冶炼过程的自动控制系统是电弧炉的一个重要组成部分，直接影响产品的质量和产量。因此，电石冶炼炉的生产过程的优化与节电成为必然趋势。
　　本论文根据生产过程控制要求，从电极调节的自动化角度出发，设计了电弧炉智能控制系统。针对电弧炉电极调节系统的非线性、时变、模型不确定、大滞后等特点，结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想为其设计了一种动态滑模控制器，即通过微分环节构成新的切换函数，将不连续项转移到控制的一阶中，得到本质连续的动态滑模控制律，并将其应用到电弧炉电极调节系统中。对系统的阶跃响应和跟踪特性分别进行了仿真。仿真结果表明：所设计的动态滑模控制器不但能使系统具有良好的动态性能和较强的跟踪特性。同时能有效地抑制系统的抖振，达到控制系统的动态品质要求。通过采用了先进控制技术，从整体上提高了电弧炉冶炼过程自动化控制水平，有效地抑制了产量质量随着不同操作人员而波动的不稳定性。实践证明具有降低成本、提高产量等显著的优点。同时加强了信息管理能力，降低了工人的劳动强度，取得了显著的经济效益和社会效益。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 电弧炉发展概述

1.2 电弧炉控制技术研究现状

1.3 选题背景

1.4 课题研究意义

1.5主要研究内容

第2章 电弧炉设备与生产工艺

2.1 电弧炉组成设备

2.2 电弧炉工作原理

2.3 电弧炉对电网的影响

2.4 电石生产工艺介绍

2.5 电石冶炼炉系统生产过程优化控制与节电改造

第3章 电极调节系统的数学模型

3.1 电弧炉电极调节系统的组成

3.2 电极调节系统的工作原理

3.3 三相交流电极数学模型

第4章 电弧炉智能控制系统设计

4.1 电弧炉电极控制方法

4.2 经典PID控制器的设计及存在的问题

4.3 基于动态滑模控制的方法

4.4 系统仿真

第5章 电弧炉电极调节计算机控制系统的实现

5.1 上位机配置及功能

5.2 下位机系统组成及功能

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文