【碩士論文】真空感應(yīng)爐先進(jìn)控制技術(shù)研究與應(yīng)用.pdf

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1、東北大學(xué)博士學(xué)位論文真空感應(yīng)爐先進(jìn)控制技術(shù)研究與應(yīng)用姓名：鄧長(zhǎng)輝申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：博士專業(yè)：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置指導(dǎo)教師：王福利20050101東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要真空感應(yīng)爐先進(jìn)控制技術(shù)研究與應(yīng)用摘要真空感應(yīng)爐是生產(chǎn)鎳基高溫合金、欽合金、不銹鋼、超高強(qiáng)度鋼等特種合金材料的重要冶煉設(shè)備。這些特種合金材料主要應(yīng)用于航空、航天、軍工、核電、能源等重要領(lǐng)域。自動(dòng)控制系統(tǒng)是真空感應(yīng)爐的一個(gè)重要組成部分，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。目前，我國真空感應(yīng)冶煉過程控制技術(shù)落后、自動(dòng)化水平低，已成為制約真空感應(yīng)爐發(fā)展的一個(gè)瓶頸。為此，在國家國防科工委重

2、點(diǎn)工程資助下，本文重點(diǎn)研究了先進(jìn)控制技術(shù)在真空感應(yīng)爐中的應(yīng)用，論文取得的主要研究成果如下:(1)對(duì)真空感應(yīng)冶煉過程進(jìn)行建模與優(yōu)化為了實(shí)現(xiàn)質(zhì)量穩(wěn)定可靠和成本最低的系統(tǒng)控制目標(biāo)，圍繞溫度控制和成分控制這兩個(gè)基本主線，提出了生產(chǎn)過程中工藝設(shè)定值優(yōu)化操作思想。通過對(duì)熔煉過程的能量需求與損失的系統(tǒng)分析與計(jì)算，利用電熱平衡規(guī)律，詳細(xì)推導(dǎo)了感應(yīng)熔煉過程能量平衡模型，并針對(duì)各熔煉階段特點(diǎn)提出了優(yōu)化電能供給制度，為實(shí)際生產(chǎn)過程制定供電制度提供了理論依據(jù)。將模糊控制技術(shù)應(yīng)用到了增鍋高溫?zé)Y(jié)溫度控制中。同時(shí)采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行真空感應(yīng)爐熔化期工藝過程的

3、建模，利用實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并對(duì)某一鋼種的熔煉工藝操作，采用遺傳算法對(duì)熔化期電能的輸入與合理分配進(jìn)行了尋優(yōu)。通過優(yōu)化的功率控制實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的最佳控制，通過研究?jī)?yōu)化配料控制完善了成分控制。整體優(yōu)化控制算法具有工業(yè)有效性和較高的控制精度，解決了真空感應(yīng)冶煉過程中具有不確定性、非線性、多約束特點(diǎn)的狀態(tài)優(yōu)化問題。(2)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家控制系統(tǒng)對(duì)終點(diǎn)溫度和成分進(jìn)行預(yù)報(bào)和控制應(yīng)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了真空感應(yīng)爐終點(diǎn)鋼液溫度和終點(diǎn)碳含量預(yù)報(bào)模型，對(duì)輸入?yún)?shù)的選擇作了詳細(xì)地分析，并運(yùn)用聚類算法對(duì)該模型進(jìn)行訓(xùn)練?？稍诘谝淮晤A(yù)報(bào)時(shí)初步計(jì)算出

4、冶煉到達(dá)煉終點(diǎn)的時(shí)間及終點(diǎn)輸出值。再經(jīng)過二次預(yù)報(bào)，進(jìn)行校正誤差，使結(jié)果更加精確。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行了學(xué)習(xí)和預(yù)報(bào)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明預(yù)報(bào)命中率較高，取得良好的效果。為了提高終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)成分雙命中率，本文東北大學(xué)博士學(xué)位論文摘要針對(duì)溫度和成分不同時(shí)到達(dá)的情況基于人工智能的原理，設(shè)計(jì)一種專家系統(tǒng)和模糊控制相結(jié)合的智能控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)證明，采用專家控制系統(tǒng)在線實(shí)時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制后，不但提高了生產(chǎn)效率節(jié)約了能源，而且基本杜絕了由于終點(diǎn)成分沒有控制好造成出鋼澆注前又一次添加合金料調(diào)整成分的現(xiàn)象。C3)實(shí)現(xiàn)真空感應(yīng)爐整體自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于真空感應(yīng)冶煉

5、過程特性和控制問題分析，本文重點(diǎn)對(duì)以溫度控制和成分控制為兩條主線同時(shí)包含功率控制、優(yōu)化配料控制、壓力控制、塔竭燒結(jié)控制等各子控制系統(tǒng)在內(nèi)的整體自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。整體自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，為復(fù)雜工業(yè)過程的建模和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了新思路。由于在真空感應(yīng)冶煉過程中采用了上述這些先進(jìn)控制技術(shù)，從整體上提高了真空感應(yīng)冶煉過程自動(dòng)化控制水平，有效地抑制了產(chǎn)量質(zhì)量隨著不同操作人員而波動(dòng)的不穩(wěn)定性。實(shí)踐證明具有降低電耗、提高生產(chǎn)效率、提高元素收得率和延長(zhǎng)增鍋壽命等顯著的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)加強(qiáng)了信息管理能力，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，取得了顯著的經(jīng)

6、濟(jì)效益和社會(huì)效益。更為重要的是通過本課題研究，為真空感應(yīng)爐控制系統(tǒng)國產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)，摸索和積累了一定經(jīng)驗(yàn)。也為復(fù)雜工業(yè)過程的建模及優(yōu)化控制提供一套實(shí)用的、值得借鑒的工業(yè)化實(shí)現(xiàn)方法。關(guān)鍵詞真空感應(yīng)熔煉系統(tǒng)建模系統(tǒng)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊控制專家控制系統(tǒng)東北大學(xué)博士學(xué)位論文abstractResearchandApplicationofAdvancedControlTechnologyinVacuumInductionMeltingAbstractVacuuminductionfurnacesareimportantmeltingequipm

7、ent,whicharemostlyusedtoproduceNi/Cobasedhightemperaturealloys,Tialloys,stainlesssteels,superhigh-strengthsteelsandspecialalloymaterials.Thesespecialalloymaterialshavebeenfoundnumerousapplicationsinaviation,spaceflightnavigation,armsindustry,nuclearpowerandenergysourc

8、es.Asanimportantpartinvacuuminductionmelting側(cè)IM),theautomaticcontrolsystemhasadirectinfluenceonthequalityandoutputofproducts