【碩士論文】真空感應爐先進控制技術研究與應用.pdf

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1、東北大學博士學位論文真空感應爐先進控制技術研究與應用姓名：鄧長輝申請學位級別：博士專業(yè)：檢測技術與自動化裝置指導教師：王福利20050101東北大學博士學位論文摘要真空感應爐先進控制技術研究與應用摘要真空感應爐是生產(chǎn)鎳基高溫合金、欽合金、不銹鋼、超高強度鋼等特種合金材料的重要冶煉設備。這些特種合金材料主要應用于航空、航天、軍工、核電、能源等重要領域。自動控制系統(tǒng)是真空感應爐的一個重要組成部分，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量。目前，我國真空感應冶煉過程控制技術落后、自動化水平低，已成為制約真空感應爐發(fā)展的一個瓶頸。為此，在國家國防科工委重

2、點工程資助下，本文重點研究了先進控制技術在真空感應爐中的應用，論文取得的主要研究成果如下:(1)對真空感應冶煉過程進行建模與優(yōu)化為了實現(xiàn)質(zhì)量穩(wěn)定可靠和成本最低的系統(tǒng)控制目標，圍繞溫度控制和成分控制這兩個基本主線，提出了生產(chǎn)過程中工藝設定值優(yōu)化操作思想。通過對熔煉過程的能量需求與損失的系統(tǒng)分析與計算，利用電熱平衡規(guī)律，詳細推導了感應熔煉過程能量平衡模型，并針對各熔煉階段特點提出了優(yōu)化電能供給制度，為實際生產(chǎn)過程制定供電制度提供了理論依據(jù)。將模糊控制技術應用到了增鍋高溫燒結(jié)溫度控制中。同時采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡進行真空感應爐熔化期工藝過程的

3、建模，利用實際工業(yè)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行仿真，并對某一鋼種的熔煉工藝操作，采用遺傳算法對熔化期電能的輸入與合理分配進行了尋優(yōu)。通過優(yōu)化的功率控制實現(xiàn)對溫度的最佳控制，通過研究優(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，解決了真空感應冶煉過程中具有不確定性、非線性、多約束特點的狀態(tài)優(yōu)化問題。(2)利用神經(jīng)網(wǎng)絡和專家控制系統(tǒng)對終點溫度和成分進行預報和控制應用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡方法建立了真空感應爐終點鋼液溫度和終點碳含量預報模型，對輸入?yún)?shù)的選擇作了詳細地分析，并運用聚類算法對該模型進行訓練?？稍诘谝淮晤A報時初步計算出

4、冶煉到達煉終點的時間及終點輸出值。再經(jīng)過二次預報，進行校正誤差，使結(jié)果更加精確。結(jié)合現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行了學習和預報，實驗結(jié)果表明預報命中率較高，取得良好的效果。為了提高終點溫度和終點成分雙命中率，本文東北大學博士學位論文摘要針對溫度和成分不同時到達的情況基于人工智能的原理，設計一種專家系統(tǒng)和模糊控制相結(jié)合的智能控制系統(tǒng)。實驗證明，采用專家控制系統(tǒng)在線實時對系統(tǒng)進行控制后，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)實現(xiàn)真空感應爐整體自動控制系統(tǒng)設計基于真空感應冶煉

5、過程特性和控制問題分析，本文重點對以溫度控制和成分控制為兩條主線同時包含功率控制、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)的整體自動控制系統(tǒng)進行了設計與分析。整體自動控制系統(tǒng)的設計與分析，為復雜工業(yè)過程的建模和優(yōu)化設計提供了新思路。由于在真空感應冶煉過程中采用了上述這些先進控制技術，從整體上提高了真空感應冶煉過程自動化控制水平，有效地抑制了產(chǎn)量質(zhì)量隨著不同操作人員而波動的不穩(wěn)定性。實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增鍋壽命等顯著的優(yōu)點。同時加強了信息管理能力，降低了工人的勞動強度，取得了顯著的經(jīng)

6、濟效益和社會效益。更為重要的是通過本課題研究，為真空感應爐控制系統(tǒng)國產(chǎn)化奠定了基礎，摸索和積累了一定經(jīng)驗。也為復雜工業(yè)過程的建模及優(yōu)化控制提供一套實用的、值得借鑒的工業(yè)化實現(xiàn)方法。關鍵詞真空感應熔煉系統(tǒng)建模系統(tǒng)優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡模糊控制專家控制系統(tǒng)東北大學博士學位論文abstractResearchandApplicationofAdvancedControlTechnologyinVacuumInductionMeltingAbstractVacuuminductionfurnacesareimportantmeltingequipm

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

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