LF钢包精炼炉电极控制应用与改进

摘要

电极是电弧炉和精炼炉的重要设备,起电离中间空气、对钢水或金属材料进行加热的作用。现场运行时电极不易调节了到稳定工作状态,快速稳定性更不能得到保证,同时也造成了精炼炉系统耗电量高,效率低等问题。研制高性能的电极自动调节器对于提高炼钢质量,降低电能消耗具有很重要的意义。
　　 多年以来,电极调节系统更多采用的是传统PID控制方式,控制效果不很理想。由于精炼炉电极调节系统是一个多变量、强耦合、大滞后的非线性系统,本文据此以通钢精炼炉的电极调节系统为研究背景,深入研究了电弧的物理特性和电极调节系统的原理,分析推导了电弧等效数学模型和电气部分静态模型,对模型中的各个参数进行了较详细的分析。
　　 本文还对现有电极调节系统的各种控制方式进行了分析比较。其中较多分析了IAF控制方式和阻抗控制方式。为了以后现场应用,尤其对阻抗控制方式进行了着重的分析研究,对控制的各个部分进行编程,仿真模拟。
　　 最后,通过已有的现场数据,建立了滑模变结构控制模型,改进了传统PID控制,对电极运动实施分段控制,在控制过程的各个瞬间,根据系统中参数的状态以跃变的方式有目的地变化,从而将不同的结构特性揉合在一起,取得了比固定结构系统更完善的性能指标,实现了对原有控制系统的优化,通过仿真建立了有效的控制模型。从而可以大大改进系统的在线调整过程,实现对电极更好的控制。
　　 在上述研究的基础上,输出与现场数据进行了比较。结果表明,本文提出的滑模变结构控制模型能更好地解决三相电极的耦合问题,可以更好地跟随给定输入,在动态响应、抗干扰性、鲁棒性等方面都有很大的提高,具有重要的理论价值和实际应用意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 LF精炼炉的发展概况

1.2.1 国外精炼工艺发展概况

1.2.2 国内精炼工艺发展概况

1.3 国内外电极调节控制研究概况

1.3.1 国外电极调节控制研究概况

1.3.2 国内电极调节控制研究概况

1.4 本课题的提出与研究的内容

1.4.1 课题的提出

1.4.2 本课题的研究内容及意义

1.5 本文的主要工作

第二章 电极调节系统数学模型

2.1 电弧基本理论研究

2.1.1 电弧的物理特性

2.1.2 合理工作点的选择

2.2 电气系统数学模型

2.2.1 单相电极电气数学模型

2.2.2 三相电极电气数学模型

2.3 液压传动系统数学模型

2.4 数学模型的分析

2.4.1 控制的非线性、多变量性

2.4.2 系统的强耦合性

2.4.3 系统的大滞后性

第三章 LF炉电极控制方式分析

3.1 对不同控制方式的考虑

3.1.1 恒阻抗调节方法

3.1.2 恒电流调节方法

3.1.3 恒功率调节方法

3.2 电极控制方法的比较

3.3 对电极调节不同控制系统和算法的讨论

3.3.1 传统PID控制方法

3.3.2 人工智能方法控制的电极调节系统

3.3.3 人工神经网络的简介及特点

第四章 电极控制应用研究

4.1 概述

4.2 西门子PLC硬件组成及STEP7软件设计

4.2.1 SIMATIC S7-300/400系统结构

4.2.2 程序设计描述

4.3 典型阻抗控制系统的分析及功能实现

4.3.1 Simelt AC构架介绍

4.3.2 阻抗控制功能的实现

4.4 阻抗控制系统的实际应用

4.4.1 引进设备电极控制系统介绍

4.4.2 国产设备电极控制系统介绍

第五章 滑模变结构控制模型应用

5.1 概述

5.2 滑模变结构控制模型研究

5.2.1 滑模变结构控制简介

5.2.2 滑模变结构控制基本原理

5.2.3 滑模变结构控制系统的抖振问题

5.3 电极调节控制器的改进

5.3.1 阻抗计算和点火控制

5.3.2 设定点设计

5.3.3 滑模控制在主控制器中的应用

5.3.4 对主控制器的MATLAB仿真

5.3.5 阀死区补偿

5.3.6 短路限制

5.3.7 过压补偿

5.4 控制功能的编程设计

5.5 小结

第六章 总结及展望

参考文献

致谢