智能控制技術(shù)在煉鋼電弧爐中的應(yīng)用研究.pdf

1、電弧爐是利用電弧的能量來熔煉金屬的一種電爐。電弧爐控制系統(tǒng)包括基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化。它是一個(gè)多變量、非線性、強(qiáng)耦合、時(shí)變、工作環(huán)境惡劣及隨機(jī)干擾性較強(qiáng)的系統(tǒng)，各種參數(shù)的多變使得系統(tǒng)電極位置、電弧長度、電弧電流/電壓、系統(tǒng)功率及功率因數(shù)很難保持在最佳狀態(tài)下運(yùn)行，也一直阻礙著電弧爐過程控制技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。隨著電力工業(yè)的進(jìn)步，大型超高功率電爐技術(shù)的發(fā)展以及爐外精煉技術(shù)的采用，使電弧爐煉鋼技術(shù)有了很大的進(jìn)步。隨著信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的相結(jié)合

2、，一種以人工智能、控制理論和計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的新型控制技術(shù)一智能控制的出現(xiàn)，為控制領(lǐng)域解決傳統(tǒng)難題帶來了新的生機(jī)。而智能控制作為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，在鋼鐵工業(yè)的各個(gè)生產(chǎn)工序中得到了較多的應(yīng)用，可用于建模、控制、生產(chǎn)調(diào)整、設(shè)備診斷、監(jiān)測和學(xué)習(xí)等方面，而專家系統(tǒng)、模糊控制、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制是三項(xiàng)發(fā)展較快、趨于成熟、應(yīng)用較多的智能控制技術(shù)。 本文運(yùn)用人工智能控制理論的思想方法，對電弧爐控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究。針對交流電弧爐控制系統(tǒng)的復(fù)雜、

3、難于建立精確的數(shù)學(xué)模型等特點(diǎn)，提出了基于模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)相結(jié)合的控制方法，論文以某100噸電弧爐煉鋼過程為研究對象，分別建立了電弧爐系統(tǒng)工藝模型、過程控制、電極控制以及控制軟件系統(tǒng)，以證明所研究的方法之正確可行性和工程適用性。 電弧爐煉鋼過程一般是以物料、熱量和化學(xué)平衡為基礎(chǔ)，采用理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合的方法，建立的超高功率電弧爐冶煉工藝靜態(tài)控制模型和動(dòng)態(tài)控制模型，并對主要參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。靜態(tài)模型的建立能確定

4、主要操作參數(shù)的計(jì)算，并對鋼質(zhì)量影響較大的終點(diǎn)溫度及碳的含量進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)。結(jié)合具體鋼種，采用BP和RBF兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測鋼水中主要成分。仿真結(jié)果比較理想，說明所建模型的正確性和可行性。而動(dòng)態(tài)模型的建立可以了解電弧爐內(nèi)的冶金過程，瞬時(shí)動(dòng)態(tài)成分的模擬與計(jì)算，結(jié)果表明與實(shí)際結(jié)果吻合的較好。 在對各種基于知識(shí)的診斷方法進(jìn)行深入的研究和比較之后，根據(jù)電弧爐煉鋼過程的工藝特點(diǎn)，首先對電弧特性進(jìn)行了深入研究，主要是三相電弧的弧長。在理論

5、分析的基礎(chǔ)上，驗(yàn)證了理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)參數(shù)的一致性。并用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行三相平衡處理，效果很好。其次對基于模糊邏輯推理技術(shù)的電弧爐煉鋼過程專家系統(tǒng)進(jìn)行了研究，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)及煉鋼過程特點(diǎn)建立模塊化知識(shí)庫，對于確定性知識(shí)，則采用基于層次結(jié)構(gòu)模型的產(chǎn)生式推理方法，至于不確定知識(shí)則采用模糊邏輯推理方法，不僅可簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且大大提高系統(tǒng)的工作效率。通過仿真和實(shí)際測試進(jìn)一步驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的專家系統(tǒng)是正確可行的，但是此系統(tǒng)正確率很大程度上取決于模糊規(guī)則

6、庫的設(shè)計(jì)。因此，論文對基于模糊邏輯神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(FNN)技術(shù)的煉鋼過程進(jìn)行了深入的研究，由仿真驗(yàn)證數(shù)據(jù)可以證明FNN技術(shù)運(yùn)用在電弧爐中是可行的、成功的，而且網(wǎng)絡(luò)的泛化能力較強(qiáng)。 在三相交流電弧爐煉鋼過程中，每相電極都有一個(gè)控制器。由于電弧爐的三個(gè)電極由一個(gè)三相電源分別供電，因此三套電極調(diào)節(jié)裝置構(gòu)成了一個(gè)多變量系統(tǒng)。各被控量之間的關(guān)聯(lián)，使得電弧爐系統(tǒng)不易建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，并面臨著非線性、大時(shí)延、時(shí)變和強(qiáng)耦合等因素的干擾，而采用常規(guī)控

7、制方法如PID加反饋控制很難達(dá)到有效控制?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制方法，具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)能力和定量數(shù)據(jù)的直接處理能力，通過網(wǎng)絡(luò)的離線訓(xùn)練和在線自學(xué)習(xí)，使控制器具有自調(diào)整、自適應(yīng)的能力，從而進(jìn)一步改變實(shí)時(shí)控制的效果。建立了ANN調(diào)節(jié)器和ANN爐況仿真器，并用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了訓(xùn)練，得到了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)驗(yàn)證表明：運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，完全可以達(dá)到很好的效果。開發(fā)控制軟件系統(tǒng)是整個(gè)電弧爐計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目的是將控制系統(tǒng)的分析、建模、仿真