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单相电弧炉自适应控制系统地研究

发布时间:2019-12-31 16:49    点击次数:125次   

  单相电弧炉自适应控制系统的研究宣4小河 周京华 两安理工大学白动化与信息T程学院邮编:710048 (第一作者:男、1955年生,教授) 摘要:以电弧炉电极调节系统为{【f}究对象,采用拔点配置自适应控制算法,对传统PED的电饥炉电扳调节系 统加以改进。o了真结果表明自适应撺制无论在系统的动态性能.垃是在对弧K扰动的抑制能力方面.均优于 PJD控制。 关键词:电弧炉 自适应控制 极点配置 The Research On APhase Arc Furnance Self--Adaptive Control XiaoheZhou Jinghua Xilan University TechnologyXi’all710048 Abstract Yhls paper adopts pole--assignmentself--adaptive control algorithm arcfumance electrod regulator system conventionalarc fumance PID electrod regulator system.The simu Jation results show adaptivecontrol system has mole advantages than convert. tional PID either dynamiccharacteristics arclength disturbance Keywords arc fumance.self—adaptive control,pole—assignment 1、引言 电弧炉广泛应用于治炼行业.其系统本身是一 个随机十扰十分严重的非线性时变系统,从其电气 系统的电路模型来舀,其电弧、炉底电阻等都是典 掣的f}线陛时变元仆.同时,对r二柜电弧炉系统 而j.矗再个电极之间有着强烈的锅台,也就足说, 移动一撤电极不世会影响这持{电极的电流,而且还 会影响其它两根电极的电流,这主要是由丁电弧炉 一卡fj负载不平衡而产生的。传统的电弧炉电极调甘 系统采用常规PID进行控制,虽然对F大的扰动作 J冗订较好的兽梅性.但由r电弧炉控制系统的I} 线件,模犁参数的时变.PID难以达到}&好的效果. 而上i’切次运转,I.况或者控制对象的参数变化时, 部需要重新警定PID参数。本文采r辟j极点配嚣的 自饺止算法,一方面,采用参数辨识的方法对受控 J结构参数据进行实时估计,另一方面,根据辨识所得到的参数。盘线调警控制器参数,使系统1 胰两肯自然f:}学链龠赞助项目【9514)帆槭船敦育r0甚盒贽助lI目(9725j325j D一7803—5995.,VOa¥10 00 e2000IEEE 310 2、受控对象的数学模型 单相电弧炉电极调箝系统框图如图l所示: 由剧i可见.阔{,系统由内王if=~转速环.外环一电流环组成。我们对原系统作如F改进,即在给 定电流与输出电流的偏差信号与转速环给定信号之 f司.加t自皎正控制器,幽I中虚线所示为整个系 统的受控对象。 舟幽j中,天键问题足如何确定单相电弧炉的 数学模型。根据文献[1]提出的Lb弧炉系统的数学模 嘲2卜I的静态戈系曲线用插值法可得出: 这样就将电弧炉主电路简化为一个简单的非线)可用分段线性函数表示。 设弧长曲线可分为N段.对第m个分段有 I弓(L)IfK。{L。L<k1)m.0.1.…’3/L2、 其中砌随分段区的不同而变化,当弧长大范围 变化时,Km是时变参数,伽可认为是系统的扰动。 由此得到系统的分段线血z也旷J时单相电孤妒调节系统框图 在加入自校正调节器后,由于其综合了PID凋 宵器.因此在推导受控对象数学模型时.不必考虑PID 调节器,当忽略电动机电磁时间常数L后可得出: 由扰动项Irao引起的稳态值:一+l+K.K rK.s ’…1蕊孺东面等“ 由式(4)可以看出.扰动项[mo所引起的稳态误差为零,这说明Imo只会影响系统的动态性能, 而不会影响系统的稳态值,同时考虑到辨识算法中 所采用的模型结构,故可认为Imo=O。 冈此,当忽略Imo的影响时,可得出整个受控 对象1=作在第m段区的传递函数为 3102其中.c(k)为有色噪声。式(7)可作为辨识受控对象 的数学模型结构。 3、控制策略 我们采用极点配置的PID自校正算法,对电弧 炉进行控制。 3.1受控对象的参数估计 我们所选用的模型结构如式(7)所示.系统的 噪声为有色噪声,所以采用辅助变量最小二乘辨识 算法(RIV)来估计受控对象的模型参数。同时,为 了使估计结果能跟踪参数的变化.采用带有遗忘因 子的递推算法。 RIV递推算法如下; Pr(I)P(II—I),‘J+P其中-坦盟蛆幽 州)tl-)ik—lk叫(一2L。(一ILu(k一2}r z甜J为辅助变量.3.2极点配置PID控制器的设计 典型的闭环计掉机控制系统结构如图4所示 幽4闭环汁算帆抟!制系统结构图 其控制律为: 根据极点配置的基本要求,参考文献[5],闭环特征多项式应满足 ,(Z-7J为希望的闭环特祉多项式,f ff7J的选 择应避免在系统输出端突变而造成振荡。为使式(8) 具有PID调肖器结构,可令: t}tzl):(1-Z。)tI*I“21) 气6Iz?)=卧tglz。q;二 我f『J首先对电弧炉系统模型参数进行辨识,根据辨识结果.求解式(一,)。得出F 4、仿真结果我们采崩jIlATL地中的S Lmunk对电弧炉电极 调箝系统进行了自适应控制的仿真,并与传统的PID 控制结果进行了对比。 系统中备个节参数均是由现场实际所测的相关 参数计算得来的,具有~定的工程应用背景。 根据文献[2],选择 TtZ):l一0 7812zj t0 28822"’C{z11=lt0 5Z。rn lZ 2对F常规的P[D调节器,我们把转速环校正为 典制I型系统,且要求转速无超调.根据文献[4j, 选择们in 25,f=,,d栌n计算得出PI涧节器参 数为眵醴22/6r.-5 舫其结果图5(a)、Ib)、(cJ(d)所示。 bjej校正抖制系统PI_lj苒节器控制系统的 5^113fH fj卜一?一P1挣制25*,1.一…-.………一 电』l_l3103 tdlI乜弧炉技生短路时,电流的变化过程 图5仿线(a)中可以看出,受控对象的模型参数 fb)可以再“{.自校正控制与PID控制快速性焦本相近,但白梭上E控制的响应曲线超调量 夫。振荡次数明显减少,说明其控制特性优于PID 控制。 从圈5(c)可以看出,自校上E控制的抗干扰能 力明显优丁P1D控制,对『.弧砼扰动具有很好的抑 制作州 Ld)为电弧炉由r塌料发生短路时,电流变化波彤。很明显.自段止控制系统在抑制振荡, 抗干扰疗面.均优越丁常规的PID控制,这一结果 对今Ej电弧炉系统的政造提供了理论根据.具有一 定的参考价值 参考文献 l”小r川等,电弧炉}b碱州节系统的自适应控制.西安理 Ik学学报,1998年第14巷3期. 2划们矗.彀诖卞,搬点配置自枝l下PID调节器殷箕应用, IU弧炉拧制中的庸用.自动化学烈,1998年蒋24卷雅3期。 4阶fj,l也力拖功“曲拧制系统,机械r业出版社。 q8}肆

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