电弧炉电极调节系统的控制方法研究

摘要

在短流程的炼钢过程中，电弧炉是关键的炼钢设备。在炼钢过程中我们要求电弧炉耗电量少、热效率高、对电网的谐波干扰小，而这就要求电极实时、快速、准确的按照冶炼工艺要求移动。因此，根据生产情况快速准确的调节电极的位置对于电弧炉炼钢的效率有着十分重要的意义。
　　本文的主要目的是利用智能控制算法控制电弧炉电极的升降，提高钢水质量和设备的利用率，同时降低电耗，节约能源。这不仅可以对国外设备和技术做到更好的消化吸收，做到设备技术的国产化，同时对研制高性能的电极自动调节器，对于提高炼钢质量，降低电能消耗具有重要意义。本文针对电弧炉炼钢过程的三相不平衡、强耦合、时滞、时变及强非线性等特性，在智能控制的基础上，选用相应的控制算法对电极调节系统进行控制，使电极调节系统能在冶炼的各个阶段对电极控制都有较好的动态性能。
　　本文首先对SIMATIC阻抗控制系统的各个组成部分进行分析研究。针对常规PID控制无法从根本上解决动态品质和稳态精度的矛盾，采用了参数自整定模糊PID控制，设计的控制器能够根据电弧电流参数的变化实时调整控制器参数，提高了系统的调节性能及鲁棒性。
　　基于滑模变结构控制是一种使系统结构随工况变化的开关特性的特点，为设计适用于对整个冶炼过程的控制器，因此，将滑模变结构控制应用于电弧炉电极调节系统中。针对滑模控制器输出存在抖振问题，设计了动态滑模控制器，以增强系统跟踪特性，有效的抑制抖振现象。
　　针对实际的电弧炉电极调节系统的模型不精确性的特点，设计了电极调节系统模糊滑模控制器。在滑模控制器设计的过程中，用模糊控制代替等效控制，以减小由于系统的不确定性及干扰所引起的系统误差，然而控制器的输出仍存在一定的抖振现象。
　　针对模糊滑模控制器输出存在抖振问题，引入了自适应模糊滑模控制，利用模式转换函数，实现自适应控制和模糊滑模控制之间的转换，使模糊滑模控制和自适应控制的加权和作为系统输出，这样，所设计的自适应模糊滑模控制器能在熔化期无超调地快速调节电极而在氧化期无稳态误差地快速使电极升降，满足各个冶炼时期的工艺要求。该控制器弥补了采用单一控制算法的不足，优势明显，实用价值较高。