矿热炉电极升降自动控制系统的设计与仿真研究

发布时间：2020-01-29 18:41

【摘要】：众所周知,矿热炉是硅锰合金生产过程中的核心设备,其主要工作原理是当有电流通过三根电极导入矿热炉内时,炉内的炉料在电弧热与电阻热二者的共同产生的高温环境下发生化学反应,从而生成硅锰合金。其中,矿热炉的电极控制系统性能的优劣直接影响硅锰合金冶炼效率、合金质量以及企业整体经济效益等。而铁合金的生产过程是一个耗能非常高的过程,所以在供电形势日趋紧张的条件下,如何优化矿热炉电极的自动控制系统,并且降低矿热炉能耗具有重要的实际应用意义和显著的经济价值。本文主要以某铁合金厂使用的大型密闭矿热炉升降自动控制系统为研究背景,为了更加有效的实现铁合金的生产过程最优化,实现提高矿热炉生产效率,降低生产能耗的目的,本文主要从矿热炉系统特性分析、电极升降控制系统建模以及自动控制设计这三个方面进行了研究。而由于炉膛内部的导电方式具有多样性的特点,同时炉内合金的冶炼反应十分复杂,而电炉三相电流有具有相互耦合的性质,因此矿热炉电极升降自动控制系统同时具有时变、强耦合以及多变量非线性的系统特性。本文在研究过程中首先根据矿热炉系统的特性,建立了以电极电流为输出变量的位置-电流模型,并同时对矿热炉的基本控制模型参数又进行了有效的辨识,其仿真结果显示本文所设计的矿热炉电极升降自动控制系统对矿热炉经济优化以及控制策略的研究具有十分重要的意义。第一部分：对现阶段的矿热炉的生产设备(包括机械设备和电气设备)、生产工艺流程以及电极升降自控方案进行研究,同时详细的分析现阶段矿热炉电极升降自动控制系统的解决方案。第二部分：建立计算电极电流的测量模型,进而分析各个模型之间的耦合关系。测量环节是自动控制系统的最重要环节,若要电极升降自动控制系统能够准确反应炉况,电极参数的测量就必须十分精准。论文在这部分将主要研究二次侧电极电流、电极电压的算法,并且通过系统辨识的方式建立三相电极位置-电流模型,准确反映系统电极电流与电极位置的关系。第三部分：电极升降自动控制系统的设计。使用内模控制理论对矿热炉电极进行控制,使控制量能够根据矿热炉内运行的实际情况进行实时调整,在这部分论文将主要完成整个电极升降自动控制系统的设计,同时本文通过建立MATLAB仿真用本文给出的内模控制与传统的PID控制策略进行对比,对内模控制策略的有效性进行了验证。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF33;TP273

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本文编号：2574442