氧气底吹炉熔炼温度控制算法研究

摘要

铅作为重要的基础工业金属，用途广泛，其冶炼提取工艺及其控制技术的研究始终广受关注。
　　烧结—鼓风炉还原技术和氧气底吹—鼓风炉还原熔炼工艺(SKS法)是铅冶炼的两种主要方式，前者SO2烟气利用率低，环境污染大，后者流程简单，效率高，烟尘和烟气污染小。氧气底吹炉熔炼过程，利用催化溶剂的助推作用，主要对铅精矿实现高温定值下的热工化学反应，完成铅的还原提取。该热工过程的反应温度对熔炼提取至关重要，熔炼温度过程控制的性能优劣，与氧气底吹炉铅冶炼生产的稳定、产品的质量和产量的提高以及能耗降低、生产安全等紧密关联。面向复杂的氧气底吹炉熔炼温度过程参数进行优化控制，自适应时变的氧气底吹熔炼特性，是氧气底吹炉熔炼温度过程控制技术的核心所在。
　　工艺分析揭示，氧气底吹炉熔炼热工过程复杂，呈现非线性、不确定性和时滞性等过程特性，传统控制方法难以满足熔炼热工过程的温度控制要求。基于国内外相关或相近文献的研究，结合氧气底吹炉熔炼热工过程特点，通过对氧气底吹炉熔炼热工过程进行机理解析，构建了氧气底吹炉熔炼热工过程的对象模型。针对熔炼热工温度过程对象模型呈现的时滞和时变特性，采用Smith预估控制器补偿对象模型的时滞，配置模型参考自适应算法，弥补常规Smith预估控制器对模型要求较高、难以适应模型失配的算法特性。面向快速聚类熔炼热工温度过程的温度梯次需求，采用模糊控制器对PID参数实时映射调节。综合文献分析、工艺模型特性和算法适应性，建立了熔炼热工温度过程基于自适应Smith的模糊PID控制方案，对氧气底吹炉熔炼温度过程进行控制。通过仿真充分表明该方法在模型失配情况下也能够具有良好的控制效果。
　　以基于自适应Smith的模糊PID控制算法为核心，从硬件和软件两方面对氧气底吹炉熔炼温度控制系统进行了总体设计。控制软件由集中监控、分布测控、联网通信等部分组成，采用面向对象的过程控制编程方式编制。硬件采用FCS(Fieldbus Control System)分布式架构，通过基于自适应Smith模糊PID控制器的FCS监控系统实现氧气底吹炉熔炼温度过程的一体化监控。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的来源、研究目的及意义

1．2．1 课题的来源

1．2．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究发展与现状

1．3．1 精铅冶炼研究发展与现状

1．3．2 氧气底吹炼铅工艺研究发展与现状

1．3．3 氧气底吹铅冶炼温度控制国内外研究现状

1．4 研究内容与章节安排

第二章 氧气底吹炼铅工艺分析及熔炼温度模型

2．1 SKS法铅冶炼工艺分析

2．2 氧气底吹炉氧化熔炼工艺分析

2．3 氧气底吹炉熔炼温度过程对象模型

2．3．1 氧气底吹炉物料衡算

2．3．2 氧气底吹炉热量衡算

2．3．3 氧气底吹炉熔炼温度传递函数模型

2．4 氧气底吹炉熔炼温度检测方法

2．5 本章小结

第三章 氧气底吹炉熔炼温度控制算法研究

3．1 引言

3．2 氧气底吹炉熔炼温度系统总体控制框架

3．3 基于自适应Smith的模糊PID氧气底吹炉熔炼温度控制算法研究

3．3．1 氧气底吹炉熔炼温度时滞Smith预估器

3．3．2 基于模型参考自适应的氧气底吹炉熔炼温度控制

3．3．3 基于自适应Smith的氧气底吹炉熔炼温度控制

3．3．4 基于自适应Smith的模糊PID氧气底吹炉熔炼温度控制

3．4 本章小结

第四章 氧气底吹炉熔炼温度控制系统仿真分析

4．1 仿真环境和平台特征

4．2 氧气底吹炉熔炼温度过程对象模型描述

4．3 算法仿真结果分析

4．3．1 模型匹配情况下仿真比较

4．3．2 模型失配情况下仿真比较

4．4 本章小结

第五章 氧气底吹炉熔炼温度控制系统的实现

5．1 氧气底吹炉熔炼温度控制系统硬件结构

5．2 氧气底吹炉熔炼温度控制系统软件设计

5．2．1 软件开发平台

5．2．2 系统软件功能与流程

5．2．3 主要监控界面

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间的主要研究成果

致谢