一种基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107526293A(43)申请公布日2017.12.29(21)申请号201710901347.7(22)申请日2017.09.28(71)申请人东北大学地址110169辽宁省沈阳市浑南区创新路195号(72)发明人吴志伟王维洲柴天佑杨杰(74)专利代理机构北京易捷胜知识产权代理事务所(普通合伙)11613代理人韩国胜(51)Int.Cl.G05B11/42(2006.01)权利要求书3页说明书9页附图2页(54)发明名称一种基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法(57)摘要本发明属于冶金行业过程控制技术领域，尤其涉及一种基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法。该控制方法在电熔镁炉稳定运行时采用常规PID控制器控制电极电流；当随机干扰使得电流跟踪误差波动较大时，通过切换机制引入前一拍未建模动态补偿器，叠加到基于确定线性模型设计的常规PID控制器来抑制跟踪误差波动。工业实验表明，当电极电流模型参数电弧电阻率、熔池电阻率、熔池高度发生未知随机变化时，本发明能够改善电流控制精度，满足工艺要求。经过实验统计，常规PID控制电极电流时产品单吨能耗平均值为2437kwh/t，本发明的控制方法控制时产品单吨能耗平均值为2396kwh/t，降低了1.68％。CN107526293ACN107526293A权利要求书1/3页1.一种基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法，其特征在于：步骤一：采集电熔镁炉熔炼过程中电机转动频率和电极电流数据；步骤二：在电熔镁炉熔炼过程中，以电机转动频率为输入，以电极电流为输出建立电极电流动态机理模型；步骤三：通过Taylor展开电极电流动态机理模型建立由低阶线性模型和高阶非线性未建模动态组成的电极电流控制器设计模型；步骤四：当电熔镁炉稳定运行时，针对电极电流控制器设计模型的确定线性模型设计PID控制器；当熔炼过程变化和原料变化较大时，通过切换机制在基于线性模型设计PID控制器的基础上引入前一拍未建模动态补偿器，得到切换之后具有补偿器的电极电流控制器。2.根据权利要求1所述的基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法，其特征在于，在步骤二中，以电机转动频率ui(t)为输入，以电极电流yi(t)为输出的电极电流动态模型为：其中，i＝1，2，3分别表示A、B、C三相电极，U表示熔炼电压，de表示电极直径，g0表示电弧电导率系数，rarc表示电弧弧柱半径，η表示气体电离温度系数，rd表示升降机构等效齿轮半径；f1(·)、f2(·)、h(·)和为表示电弧电阻率、熔池电阻率、熔池高度和熔池高度变化率的未知非线性函数，其取值随熔炼过程变化和原料变化而变化，导致电熔镁炉熔炼过程动态特性始终处于变化之中。3.根据权利要求2所述的基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法，在步骤三中，通过Taylor展开电极电流动态模型，电极电流动态模型(1)式可用如下线性模型和高阶非线性未建模动态来描述：-1-1Ai(z)yi(k+1)＝Bi(z)ui(k)+vi(k),i＝1,2,3(2)-1-1-1-1-1其中，Ai(z)yi(k+1)＝Bi(z)ui(k)为确定线性模型，Ai(z)＝1+ai1z，Bi(z)＝bi0，-1-1利用电极电流输出数据和电机转动频率输入数据并通过最小二乘辨识确定Ai(z)、Bi(z)的参数；vi(k)为高阶非线性未建模动态，表示熔炼过程中的特性变化和随机干扰对电极电流的影响；令Δvi(k)＝vi(k)-vi(k-1)为k时刻的未建模动态变化率，则通过电极电流动态模型(2)式所得到的控制器设计模型表示为：-1-1Ai(z)yi(k+1)＝Bi(z)ui(k)+vi(k-1)+Δvi(k)(3)令则为电极电流控制器驱动模型；令(2)式中的k为k-1，于是可得电极电流控制器设计模型(3)式中k-1时刻的未建模动态vi(k-1)：2CN107526293A权利要求书2/3页即：4.根据权利要求3所述的基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法，其特征在于，在步骤四中，当电熔镁炉稳定运行时，针对电极电流控制器设计模型(3)式的确定线性模型设计PID控制器当熔炼过程变化和原料变化较大时，通过切换机制引入前一拍未建模动态vi(k-1)补偿器来抑制跟踪误差波动，得到切换之后具有补偿器的电极电流控制器为：其中，当电熔镁炉稳定运行时，ε＝0；当熔炼过程变化和原料变化较大导致电极电流跟踪误差变化较大时，ε＝1。5.根据权利要求4所述的基于补偿信号的电熔镁炉电极电流切换PID控制方法，其特征在于，在步骤四中，电极电流切换PID控制器的具体设计包括以下步骤：-1步骤A：当电熔镁炉稳定运行时，ε＝0，以(3)式的确定