[發(fā)明專(zhuān)利]一種嵌入式電熔鎂爐運(yùn)行反饋控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711222937.3
• 申請(qǐng)日: 2017-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107942728A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳志偉;喬超宇;陳水城;遲瑛;張杰卿;劉騰飛;柴天佑
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 分類(lèi)號(hào): G05B17/02
• 代理公司: 北京易捷勝知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11613
• 代理人: 韓國(guó)勝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)控制技術(shù)，具體涉及一種嵌入式電熔鎂爐運(yùn)行反饋控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

電熔鎂砂是一種熔點(diǎn)高、抗氧化性和抗渣性強(qiáng)的高級(jí)耐火材料，被廣泛用于多個(gè)領(lǐng)域，其主要生產(chǎn)設(shè)備是三相交流電熔鎂爐。電熔鎂爐屬于礦熱電爐的一種，是典型的高耗能設(shè)備。熔煉過(guò)程中反映電能利用效率的指標(biāo)是產(chǎn)品單噸能耗，而單噸能耗與電流大小有著直接的關(guān)系，因此電流大小的精確控制對(duì)于提高電熔鎂產(chǎn)量、提高產(chǎn)品品位、降低能耗具有重要意義。為了實(shí)現(xiàn)在保證產(chǎn)量的前提下盡量降低產(chǎn)品單噸能耗的目標(biāo)，電熔鎂爐實(shí)際控制系統(tǒng)中需要采用具有電流優(yōu)化設(shè)定和回路跟蹤控制兩層結(jié)構(gòu)的運(yùn)行反饋控制策略。

目前，由于電熔鎂爐熔煉過(guò)程中，擾動(dòng)復(fù)雜多變，交流電弧阻抗和感抗具有很強(qiáng)的非線性，三相電極電流之間具有耦合性，且生產(chǎn)條件變化頻繁、原料成分波動(dòng)，加之生產(chǎn)環(huán)境惡劣，現(xiàn)有的控制方法難以將單噸能耗控制在企業(yè)期目標(biāo)值范圍內(nèi)，需要研究電熔鎂爐復(fù)雜控制算法，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率、節(jié)約能源等方面具有重要意義。但是目前缺乏控制算法驗(yàn)證平臺(tái)，因此開(kāi)發(fā)電熔鎂爐運(yùn)行反饋控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)用于控制算法的驗(yàn)證很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種嵌入式電熔鎂爐運(yùn)行反饋控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

本發(fā)明提供一種嵌入式電熔鎂爐運(yùn)行反饋控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括：

用于模擬實(shí)際電熔鎂爐生產(chǎn)特性的虛擬對(duì)象子系統(tǒng)；

用于開(kāi)發(fā)適用電熔鎂爐運(yùn)行反饋控制算法的算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)；

用于對(duì)模擬實(shí)際電熔鎂爐生產(chǎn)的虛擬對(duì)象子系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行反饋控制的嵌入式控制子系統(tǒng)，

所述算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)的輸出端連接所述嵌入式控制子系統(tǒng)，所述嵌入式控制子系統(tǒng)基于所述算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)生成的運(yùn)行反饋控制算法控制所述虛擬對(duì)象子系統(tǒng)進(jìn)行電熔鎂爐的閉環(huán)實(shí)驗(yàn)。

可選地，所述算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)和所述嵌入式控制子系統(tǒng)采用以太網(wǎng)口方式連接，所述虛擬對(duì)象子系統(tǒng)和所述嵌入式控制子系統(tǒng)采用串口方式連接。

可選地，所述虛擬對(duì)象子系統(tǒng)的硬件組件和算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)的硬件組件相互獨(dú)立。

可選地，在閉環(huán)實(shí)驗(yàn)中，所述虛擬對(duì)象子系統(tǒng)的輸出包括：三相電極電流模型輸出，即電流信息和單噸能耗模型輸出，即產(chǎn)品單噸能耗信息。

可選地，所述虛擬對(duì)象子系統(tǒng)運(yùn)行的模型包括：以電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率為輸入、三相電極電流為輸出的電流模型；以三相電極電流和電壓為輸入，單噸能耗為輸出的單噸能耗模型。

可選地，所述虛擬對(duì)象子系統(tǒng)的虛擬對(duì)象模型界面用于顯示電流模型和單噸能耗模型運(yùn)行過(guò)程中的參數(shù)和信息。

可選地，所述嵌入式控制子系統(tǒng)包括監(jiān)控模塊，所述監(jiān)控模塊用于在所述控制算法的運(yùn)行過(guò)程中監(jiān)控過(guò)程變量；

所述過(guò)程變量包括：三相電極電流、三相電極電壓、三相電機(jī)轉(zhuǎn)速頻率和/或電流設(shè)定值。

可選地，所述嵌入式控制子系統(tǒng)包括：

連接監(jiān)控模塊的嵌入式控制器，所述嵌入式控制器連接所述算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)和所述虛擬對(duì)象子系統(tǒng)。

可選地，所述算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)最后生成的運(yùn)行反饋控制算法包括：

嵌入式C代碼實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行反饋控制算法；

所述算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)包括：

將用戶(hù)通過(guò)非嵌入式C代碼實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行反饋控制算法自動(dòng)轉(zhuǎn)換為嵌入式C代碼實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行反饋控制算法。

可選地，所述算法開(kāi)發(fā)子系統(tǒng)包括：

將用戶(hù)通過(guò)MATLAB實(shí)現(xiàn)的運(yùn)行反饋控制算法自動(dòng)轉(zhuǎn)換為嵌入式C代碼對(duì)應(yīng)的運(yùn)行反饋控制算法。

本發(fā)明具有的有益效果如下：

本發(fā)明以嵌入式控制器為核心進(jìn)行開(kāi)發(fā)，該控制器具有處理能力強(qiáng)、集成度高、對(duì)復(fù)雜算法支持能力強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、易于聯(lián)網(wǎng)等特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)電流回路跟蹤控制、電流設(shè)定值優(yōu)化、過(guò)程監(jiān)控等功能。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，可以縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)難度，節(jié)約開(kāi)發(fā)成本等；

本實(shí)施例的系統(tǒng)對(duì)電熔鎂爐生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬，能夠驗(yàn)證相關(guān)復(fù)雜控制算法和控制系統(tǒng)軟硬件，降低了算法開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)軟硬件開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)降低直接到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

進(jìn)一步地，上述系統(tǒng)能夠用于教學(xué)當(dāng)中，學(xué)生可以將學(xué)到的知識(shí)比如建模、辨識(shí)、控制器的設(shè)計(jì)等在該系統(tǒng)上進(jìn)行仿真與驗(yàn)證，從而加深他們對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解。

附圖說(shuō)明