铁矿石冶金性能测试还原炉炉温控制研究

发布时间：2020-06-13 16:49

【摘要】：多年来,铁矿石冶金性能的测试过程大部分主要依靠工人多年总结的现场经验操作完成的,缺乏一定的理论性和科学性。在整个铁矿石冶金性能的测试实验过程中,高精度的炉温控制是制约实验成功的重要方面,因此设计一款智能化、高精度的炉温测控系统对于研究冶金性能的准确度具有重要的意义。首先,以还原炉为研究对象,针对实验现场中采用的常规PID算法出现的严重振荡、大偏差、不稳定等现象,分析了被控对象还原炉加热元件的相关特性。由于模型参数存在一定的不确定性,采用专家模糊控制的策略并结合分数阶微积分理论,提出了专家模糊分数阶PI~λD~μ控制算法,对炉温进行高精度控制。利用MATLAB仿真软件对模型进行仿真,分析了分数阶PI~λD~μ控制器各个参数对系统性能的影响,从而确定了模糊控制器的规则库。其次,为了实现温度数据的快速、实时、高精度的采集,利用PCI总线技术,设计了智能化数据采集模块的硬件和软件部分。最后利用面向对象的编程环境VC++6.0设计上位机控制界面,将提出的控制算法应用于控制实验过程中,并与传统控制算法进行比较测试。实验测试表明:采用的专家模糊分数阶PI~λD~μ控制算法与其他传统控制策略相比,控制效果更佳。从动态性能和稳态性能方面都得到了改善,降低了超调量,减小了稳态误差,并且克服了振荡现象对系统稳定性的影响。满足控制精度的要求,实现了还原炉炉温的高精度智能化控制。
【图文】：

加热曲线,高温还原,粉化,试验温度

图 1 高温还原粉化试验温度设定Fig.1 High temperature reduction test temperature setting炉加热过程中的升温曲线如图 1 所示，分别为按一定速率升温区间，然冷却阶段[20]。每个阶段必须按照加热曲线进行控制，否则降低试。炉炉温控制对象模型研究还原过程的炉温控制条件，需要加热元件长时间工作在 900℃左右，元件(电炉丝)很难满足长时间工作在高温状态下。考虑到减少检修周元件次数，并且满足在高温环境下长期稳定地工作等，故采用硅碳棒加热元件。对象数学模型

硅碳棒,电气特性

大部分用于陶瓷、冶炼、机械、制造等高温场合。在最高温度下工作，时间可达到六个月左右。但是由于其自身独特的电气特性和发热仅直接影响炉棒的使用寿命，而且对升温和恒温过程都有一定的干扰。因发热规律并且设计合理的控制方法对加热系统的设计有重要的意义。究硅碳棒的发热特性[21]主要从它的电气特征和加热特性两个角度进行电气特性碳棒是一种具有半导体特性的加热材料，与电阻丝的加热特点存在本质的电阻率随着温度的不同而呈非线性变化趋势。如图 2 所示，硅碳棒室温）加热到 800℃左右，，电阻率迅速降低，并且降低的速率在减小。右电阻率数值最小；当温度在不断增加时，电阻率同样跟随其开始增大增加的速率加快。因此，当给定的电压确定时，低温段升温起始阶段的速快，这样可以延长加热元件的使用时间。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TF041;TP273

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