[發明專利]基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動控制方法

有效

• 申請號: 201310557952.9
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103808159A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 曹暉;張士良;雷萬鈞;張彥斌;賈立新
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F27D19/00
• 分類號: F27D19/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本發明涉及一種礦熱爐電極自動控制方法，特別涉及一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動控制方法。

背景技術

礦熱爐被廣泛用于冶煉硅鐵、硅錳合金等生產過程中，其工作原理主要為通過電離空氣形成電弧，產生高溫，為爐內的冶煉過程提供能源。為了保證礦熱爐生產過程的平穩、高產和低耗，在冶煉過程中，要求控制爐內的溫度，使其保持在一個合理的范圍內，并使爐內溫度分布均勻。爐內溫度依賴提供熱量的多少，即功率或者說電流電壓積的大小，而爐內溫度分布依賴于在堆料均勻情況下三相電流的平衡，以上狀態均需要通過控制各相電極運動位置來實現。也就是說，在堆料均勻狀況下，以保持三相電流平衡為準則，適當調控電極在料層中的插入深度可保證礦熱爐的溫度及溫度分布的均勻性。因此，所設計的電極控制系統要能實現電極位置的快速調節，以保持恒定的電弧長度，減少電弧電流的波動，從而維持電壓和電流比值的恒定，這樣可使輸入功率穩定且使系統按照設定的工作狀態運行，最終達到控制爐溫和爐內化學反應速度的目的。

傳統的依靠手工調節控制電極升降的方法，很難達到理想的操作指標。這是因為人工調節要求操作員精力高度集中，工人的勞動強度大，就容易因疲勞而造成誤操作。而且，不同操作員操作水平、操作習慣的不同，其操作不統一而導致電極控制不穩定，因此容易出現產品質量不穩定以及耗電量增加的問題。

隨著計算機技術的進步和控制理論的發展，礦熱爐電極控制方式得到了一定程度的發展，用計算機技術代替手工操作控制電極升降顯示了很強的優勢，可以用來彌補手工操作中的缺陷。

在工業控制中，PID控制具有直觀、便于實現和魯棒性好等一系列優點，但對于時變和非線性PID參數整定往往難以達到各種工況下的最優狀態，面對礦熱爐這樣隨機干擾十分嚴重的非線性時變系統，常規PID調節器很難收到良好的控制效果。

礦熱爐冶煉過程的好壞會受到各種因素影響，在工況發生變化時，系統參數隨之改變。自適應控制在運轉條件改變時仍能保證目標函數最大，其分為模型參考自適應控制方法和自校正控制方法。雖然以上兩種策略在礦熱爐電極控制中都有應用，但是礦熱爐及其工況的數學模型不完全確定，即是含有一些未知和隨機因素的不確定性系統，所以也很難達到令人滿意的控制效果。

近年來神經網絡也被用于礦熱爐電極控制中。神經網絡模型具有很強的非線性映射能力和柔性網絡能力及高度的容錯性和魯棒性，適合于非線性問題的求解。但神經網絡不能很好解釋自身推理過程和依據，所以當數據不充分時往往會導致結果的不準確。

基于礦熱爐工藝復雜、建模困難的特點，模糊控制方法被引入礦熱爐電極控制過程。模糊控制不依賴數學模型，而是借助由專家經驗知識所得的一系列控制規則進行推理，以此獲得控制輸出量。但模糊控制器等效于PD控制器，其控制精度存在一定的局限性。雖然增加語言值的數量可有效的提高模糊控制精度，但會導致控制規則成指數倍增加，從領域專家知識中總結控制規則的過程將變得非常困難，從而增加了模糊控制器的設計難度。此外，當系統輸入變量較多時，這個問題也會進一步影響到模糊控制器的實際應用。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明提供一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動控制方法，該方法在不增加模糊控制設計難度的基礎上，提高控制器控制精度，對電極位置進行調節使得礦熱爐安全穩定運行，減少電流波動和因此產生諧波所造成的能耗增加。這樣不僅為礦熱爐的穩定運行提供了有效保證，而且能夠間接降低礦熱爐生產能耗，實現其經濟效益的提高。

為了實現上述任務，本發明采取如下的技術解決方案：