[發明專利]鋼包精煉爐電極調節控制系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410488217.1
• 申請日: 2014-09-23
• 公開（公告）號: CN104267600B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: 鄒凌;王雪;潘賽虎;何可人
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

本發明涉及一種鋼包精煉爐電極控制系統及其控制方法，屬于工業控制領域。

背景技術

近些年來，化工、冶金、石化等國家支柱產業生產規模不斷擴大，工藝過程復雜性增加，產品質量要求提高，環境保護要求越來越嚴格；同時，原料和能源緊缺，市場不斷變化，迫切要求企業節能降耗，實現安全、穩定、長期、滿負荷和優化運行。這些對過程控制提出了新的挑戰。由于這些過程多具有時變、非線性、強耦合等特性，是一類復雜工業過程。過程難以建模和模型不準確，?許多過程特性參數難以測量，具有多種操作約束條件，存在較多干擾，過程不可逆轉和難以采取補救措施等特點，使其控制存在很大的難度，?因此在復雜工業控制系統中研究和推廣應用各種有效的先進控制策略十分必要和迫切。

LF鋼包精煉爐是用三相電極產生的電弧來加熱鋼液的，所以LF爐實際上是一種特殊的電弧爐。電弧爐煉鋼過程的控制主要是通過調節電極的位置，保持電弧長度恒定，以減少電流波動，通過調節電極的位置保證輸入功率穩定，是保證精煉爐持續高效運行在一個精確工作點的關鍵因素。因此LF爐電極調節系統是LF爐外精煉的核心控制系統，電極調節系統控制性能的好壞將直接影響著鋼水質量的優劣和電能消耗的多少。目前，如何優化電極升降調節系統的控制性能，成為電弧爐煉鋼研究的一個重要課題。

電弧爐煉鋼是一個復雜的工業生產過程，鋼包精煉爐電極調節系統具有非線性、多變量、時變、強耦合等特點，是一個典型的復雜工業系統。早期基于經典自動控制理論的線性系統調節，其控制效果不夠理想，導致電弧爐系統耗電量高、效率低，因此在電極調節系統中研究和推廣應用各種有效的先進控制策略十分必要和迫切。

發明內容

針對現有技術中鋼包精煉生產過程及其控制方法中存在的上述問題，本發明提供一種鋼包精煉爐電極調節控制系統及其先進控制方法。

本發明的技術方案是：

鋼包精煉爐電極調節控制系統，包括鋼包精煉爐電極對象、數據采集通道、神經網絡PFC-PID控制器、電極調節裝置，上位機；所述精煉爐電極對象的輸出端通過數據采集通道與控制器的輸入端連接，控制器的輸出端分別與電極調節裝置的輸入端和位機的輸入端連接，電極調節裝置的輸出端與鋼包精煉爐電極對象的輸入端連接。

進一步，所述控制器包括神經網絡預測控制器（PFC）和PID控制器，即鋼包精煉爐電極調節控制系統采用神經網絡PFC-PID串級控制策略，即鋼包精煉爐電極調節控制系統采用神經網絡PFC-PID串級控制策略，外環采用神經網絡預測控制（PFC）控制，通過弧壓檢測裝置采集電極弧壓，進而將通過計算獲得的精煉爐內阻抗值作為主被控參數，內環采用PID控制器，通過電流采集裝置采集電極電流作為副被控參數，內環和主調節區對象——電極弧壓對象構成PFC的廣義被控對象；所述數據采集通道包括內環電極電流檢測裝置和外環的電極弧壓檢測裝置；神經網絡PFC控制器的輸出端與PID控制器的輸入端連接。

進一步，所述鋼包精煉爐電極調節控制系統的控制方法，具體包括以下步驟：

（1）數據采集通道實時采集數據，作為PFC-PID控制器的輸入量；

（2）數據傳遞給神經網絡預測模型模塊，由神經網絡預測模型模塊進行在線建模；?

（3）神經網絡預測控制器讀取模型參數，生成控制參數，控制執行機構動作；

（4）控制算法實現。

進一步，所述步驟（1）包括：鋼包精煉爐采用神經網絡PFC-PID串級控制。外環采用神經網絡預測控制（PFC）控制，通過電極弧壓檢測裝置采集電極弧壓，進而將通過計算獲得的精煉爐內阻抗值作為主被控參數；內環采用PID控制器，通過電極電流檢測裝置采集電極電流作為副被控參數，內環和電極弧壓對象結合構成PFC的廣義被控對象。電極電流作為PID控制器的輸入量，電極弧壓作為PFC的輸入。

進一步，所述步驟（2）包括：?神經網絡預測控制包括參考軌跡、預測模型、滾動優化三個部分。預測模型采用多步遞推預測模型。

本發明的有益效果是：

本發明充分利用先進的控制理論、神經網絡、預測控制、智能算法等，對鋼包精煉爐電極控制系統實現檢測、控制、建模，設計一種針對鋼包精煉爐電極被控對象建模與控制，針對系統多變量、強耦合、時變、非線性、干擾多等因素，可根據環境條件改變而相應地改變控制器的輸出，以適應其特性的變化，又可進行魯棒控制抵抗外部干擾，保證整個系統的穩定運行及性能指標達到要求，從而改善鋼包精煉能耗高，質量效益不高、污染嚴重等現狀的綜合性技術。

附圖說明