电弧炉电极液压升降控制系统研究

摘要

现代电弧炉日趋向大型化、超高功率化发展，其关键控制机构如电极升降控制系统的稳定性和可靠性、控制精度和运行速度等指标对电弧炉实现缩短熔炼时间的，减少单位电能消耗，控制冶炼成本以及实现功率因数最佳显得至关重要。因此，电弧炉控制方法的研究也集中在电极调节系统上。
　　虽然，现有的电极自动调节装置形式较多，但是由于液压控制系统具有响应速度快、增益高、频带宽、力矩（或力）重量比大等优点，所以在电弧炉电极自动调节系统中愈来愈显示出其优越性，尤其是在大型电弧炉中应用越来越广泛。所以，对电弧炉电极升降液压控制系统的研究至关重要。
　　在研究了电液比例伺服系统及其动力机构的现状与发展情况后，本文采用了符合现场工况要求的三通阀控非对称柱塞缸伺服系统。采用功率键合图法建立了电弧炉电极液压升降系统的功率键合图模型，并推导出系统的数学模型—状态方程。由于液压系统的非线性存在，不能直接运用MATLAB的仿真模块Simulink进行动态仿真，所以，本论文在MATLAB环境下编写仿真程序，求解系统微分方程组。在此基础上，引入PID控制和模糊自适应PID控制，对系统动态响应进行校正仿真分析。结果表明，两种控制器都能使系统具有较好的响应能力和较高的稳态性，实现了模型优化，并且模糊自适应PID控制器优于普通PID控制器。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 电弧炉炼钢发展概况

1．2．1 电弧炉炼钢发展历史与现状

1．2．2 我国电弧炉炼钢历史与现状

1．2．3 电弧炉发展前景

1．3 电弧炉电极升降控制系统研究现状

1．3．1 电极升降控制系统作用及性能指标概述

1．3．2 常用电极升降控制系统比较

1．4 论文研究的内容及意义

第2章 电极液压升降系统原理与设计

2．1 引言

2．2 电极升降控制系统原理分析

2．3 电极升降液压系统原理图设计

2．3．1 系统概括

2．3．2 液压系统原理图

2．4 液压系统元件计算与选型

2．4．1 液压缸参数确定与选取

2．4．2 比例阀的参数确定与选取

2．4．3 泵与电机的参数确定与选取

2．4．4 蓄能器的选取

2．4．5 过滤器的选取

2．4．6 油箱的设计与选取

2．4．7 管件的计算与选取

2．5 液压系统的校验

2．5．1 系统固有频率校核

2．5．2 系统发热与温升的验算

第3章 电极液压升降系统建模

3．1 液压系统常用建模方法

3．1．1 传递函数与方框图

3．1．2 状态空间法建模

3．1．3 键合图法建模

3．2 功率键合图理论基础

3．2．1 概述

3．2．2 功率键合图基本构成元素

3．2．3 液压系统功率键合图模型的建立

3．2．4 由键合图导出数学模型

3．3 液压系统中基本物理效应键合图描述

3．3．1 液阻效应

3．3．2 液溶效应

3．3．3 液感效应

3．4 主要液压元件的键合图模型

3．4．1 柱塞缸的键合图模型

3．4．2 比例方向阀的键合图模型

3．4．3 液压泵键合图模型

3．4．4 溢流阀键合图模型

3．4．5 蓄能器键合图模型

3．5 电极液压升降系统键合图模型

3．5．1 电极上升阶段系统键合图模型

3．5．2 电极下降阶段系统键合图模型

3．6 电极液压升降系统数学模型

3．6．1 电极上升阶段数学模型

3．6．2 电极下降阶段数学模型

第4章 电极液压升降系统仿真及控制策略研究

4．1 Matlab简介

4．2 数学仿真算法

4．3 系统响应特性仿真分析

4．4 PID控制器设计及仿真

4．4．1 概述

4．4．2 PID控制原理简介

4．4．3 PID控制器整定

4．4．4 PID控制下系统响应分析

4．5 模糊自适应PID控制器设计及仿真

4．5．1 模糊控制的基本原理

4．5．2 模糊自适应PID控制器设计

4．5．3 模糊PID控制下系统的Matlab仿真

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

附录