基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法
【專利摘要】一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法，根據(jù)電極電流偏差ei、電極電流偏差的變化率Δei、電極插入爐料中的深度dt和電極插入爐料中深度的變化率Δdt，采用高精度模糊控制器對(duì)礦熱爐電極位置的變化量mt進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中模糊控制器的隸屬度函數(shù)和模糊控制規(guī)則是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)獲得，控制器的輸出是根據(jù)模糊近鄰距離加權(quán)插值計(jì)算得到，從而提高了模糊控制器的控制精度。該方法為礦熱爐安全可靠的運(yùn)行提供了保證，能使礦熱爐在穩(wěn)定方式下運(yùn)行，可有效減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少維護(hù)量，改善工作環(huán)境，并為后續(xù)的諧波抑制提供更好的條件。
【專利說(shuō)明】基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種礦熱爐電極自動(dòng)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(dòng)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]礦熱爐被廣泛用于冶煉硅鐵、硅錳合金等生產(chǎn)過(guò)程中，其工作原理主要為通過(guò)電離空氣形成電弧，產(chǎn)生高溫，為爐內(nèi)的冶煉過(guò)程提供能源。為了保證礦熱爐生產(chǎn)過(guò)程的平穩(wěn)、高產(chǎn)和低耗，在冶煉過(guò)程中，要求控制爐內(nèi)的溫度，使其保持在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，并使?fàn)t內(nèi)溫度分布均勻。爐內(nèi)溫度依賴提供熱量的多少，即功率或者說(shuō)電流電壓積的大小，而爐內(nèi)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(tài)均需要通過(guò)控制各相電極運(yùn)動(dòng)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，在堆料均勻狀況下，以保持三相電流平衡為準(zhǔn)則，適當(dāng)調(diào)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(shè)計(jì)的電極控制系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)電極位置的快速調(diào)節(jié)，以保持恒定的電弧長(zhǎng)度，減少電弧電流的波動(dòng)，從而維持電壓和電流比值的恒定，這樣可使輸入功率穩(wěn)定且使系統(tǒng)按照設(shè)定的工作狀態(tài)運(yùn)行，最終達(dá)到控制爐溫和爐內(nèi)化學(xué)反應(yīng)速度的目的。
[0003]傳統(tǒng)的依靠手工調(diào)節(jié)控制電極升降的方法，很難達(dá)到理想的操作指標(biāo)。這是因?yàn)槿斯ふ{(diào)節(jié)要求操作員精力高度集中，工人的勞動(dòng)強(qiáng)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(xí)慣的不同，其操作不統(tǒng)一而導(dǎo)致電極控制不穩(wěn)定，因此容易出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定以及耗電量增加的問(wèn)題。
[0004]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和控制理論的發(fā)展，礦熱爐電極控制方式得到了一定程度的發(fā)展，用計(jì)算機(jī)技術(shù)代替手工操作控制電極升降顯示了很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，可以用來(lái)彌補(bǔ)手工操作中的缺陷。
[0005]在工業(yè)控制中，PID控制具有直觀、便于實(shí)現(xiàn)和魯棒性好等一系列優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于時(shí)變和非線性PID參數(shù)整定往往難以達(dá)到各種工況下的最優(yōu)狀態(tài)，面對(duì)礦熱爐這樣隨機(jī)干擾十分嚴(yán)重的非線性時(shí)變系統(tǒng)，常規(guī)PID調(diào)節(jié)器很難收到良好的控制效果。
[0006]礦熱爐冶煉過(guò)程的好壞會(huì)受到各種因素影響，在工況發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)參數(shù)隨之改變。自適應(yīng)控制在運(yùn)轉(zhuǎn)條件改變時(shí)仍能保證目標(biāo)函數(shù)最大，其分為模型參考自適應(yīng)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(yīng)用，但是礦熱爐及其工況的數(shù)學(xué)模型不完全確定，即是含有一些未知和隨機(jī)因素的不確定性系統(tǒng)，所以也很難達(dá)到令人滿意的控制效果。
[0007]近年來(lái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也被用于礦熱爐電極控制中。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型具有很強(qiáng)的非線性映射能力和柔性網(wǎng)絡(luò)能力及高度的容錯(cuò)性和魯棒性，適合于非線性問(wèn)題的求解。但神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不能很好解釋自身推理過(guò)程和依據(jù)，所以當(dāng)數(shù)據(jù)不充分時(shí)往往會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不準(zhǔn)確。
[0008]基于礦熱爐工藝復(fù)雜、建模困難的特點(diǎn)，模糊控制方法被引入礦熱爐電極控制過(guò)程。模糊控制不依賴數(shù)學(xué)模型，而是借助由專家經(jīng)驗(yàn)知識(shí)所得的一系列控制規(guī)則進(jìn)行推理，以此獲得控制輸出量。但模糊控制器等效于ro控制器，其控制精度存在一定的局限性。雖然增加語(yǔ)言值的數(shù)量可有效的提高模糊控制精度，但會(huì)導(dǎo)致控制規(guī)則成指數(shù)倍增加，從領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)中總結(jié)控制規(guī)則的過(guò)程將變得非常困難，從而增加了模糊控制器的設(shè)計(jì)難度。此外，當(dāng)系統(tǒng)輸入變量較多時(shí)，這個(gè)問(wèn)題也會(huì)進(jìn)一步影響到模糊控制器的實(shí)際應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法，該方法在不增加模糊控制設(shè)計(jì)難度的基礎(chǔ)上，提高控制器控制精度，對(duì)電極位置進(jìn)行調(diào)節(jié)使得礦熱爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少電流波動(dòng)和因此產(chǎn)生諧波所造成的能耗增加。這樣不僅為礦熱爐的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有效保證，而且能夠間接降低礦熱爐生產(chǎn)能耗，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)效益的提聞。
[0010]為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案:
[0011]基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法，根據(jù)電極電流偏差ep電極電流偏差的變化率A e1、電極插入爐料中的深度dt和電極插入爐料中深度的變化率Adt，采用模糊控制器對(duì)礦熱爐電極位置的變化量(上升或下降一定高度)mt進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中模糊控制器的隸屬度函數(shù)和模糊控制規(guī)則是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)獲得，控制器的輸出是根據(jù)模糊近鄰距離加權(quán)插值計(jì)算得到，從而提高了模糊控制器的控制精度，電極電流偏差e1、電極電流偏差的變化率A e1、電極插入爐料中的深度dt、電極插入爐料中深度的變化率A dt和電極位置的變化量mt的對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言變量分別為Ei' A Ei' Dt、A Dt和Mt, Ei' A E” A Dt和Mt的論域均為[-10，-8，-6，-4，-2，0，2，4，6，8，10]，語(yǔ)言值則均選擇[N，ZO, P]，分別代表負(fù)、零、正；Dt的論域?yàn)閇0，2，4，6，8，10]，語(yǔ)言值則選擇[ZO, PS, PB]，分別代表零、正小、正大;根據(jù)專家的知識(shí)和技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)可建立相應(yīng)的隸屬度賦值表，如表1~5所示:
[0012]表1Ei隸屬度賦值表
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法，其特征在于: 根據(jù)電極電流偏差e±、電極電流偏差的變化率Ae1、電極插入爐料中的深度dt和電極插入爐料中深度的變化率Adt，釆用模糊控制器對(duì)礦熱爐電極位置的變化量Hlt進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中模糊控制器的隸屬度函數(shù)和模糊控制規(guī)則是根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)獲得，控制器的輸出是根據(jù)模糊近鄰距離加權(quán)插值計(jì)算得到；電極電流偏差ep電極電流偏差的變化率Aei'電極插入爐料中的深度dt、電極插入爐料中深度的變化率Adt和電極位置的變化量mt的對(duì)應(yīng)的語(yǔ)言變量分別為Ep AE1.D0 ADt和Mt;E1、AE1.ADt和Mt的論域均為[-10，-8，-6，-4，-2，0，2，4，6，8，10]，語(yǔ)言值則均選擇[N，ZO，P]，分別代表負(fù)、零、正；Dt的論域?yàn)閇0，2，4，6，8，10]，語(yǔ)言值則選擇[ZO，PS，PB]，分別代表零、正小、正大；根據(jù)專家的知識(shí)和技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)建立相應(yīng)的隸屬度賦值表，如表1~5所不:表1Ei隸屬度賦值表
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法，其特征在于:礦熱爐共有三相電極，每相電極的控制方法均和上述方法一致。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法，其特征在于:所述方法采用PLC或控制模塊和工控機(jī)組成的小型DDC系統(tǒng)，在PLC或控制模塊中實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，采集速率為500ms以上，并將得到的控制結(jié)果變換到輸出變量對(duì)應(yīng)的基本論域后，由PLC或控制模塊輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于高精度模糊控制的礦熱爐電極自動(dòng)控制方法，其特征在于:所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)為 控制電極移動(dòng)的電機(jī)。
【文檔編號(hào)】F27D19/00GK103808159SQ201310557952
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2013年11月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月8日
【發(fā)明者】曹暉, 張士良, 雷萬(wàn)鈞, 張彥斌, 賈立新 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)