【硕士论文】真空感应炉先进控制技术研究与应用.pdf

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1、东北大学博士学位论文真空感应炉先进控制技术研究与应用姓名：邓长辉申请学位级别：博士专业：检测技术与自动化装置指导教师：王福利20050101东北大学博士学位论文摘要真空感应炉先进控制技术研究与应用摘要真空感应炉是生产镍基高温合金、钦合金、不锈钢、超高强度钢等特种合金材料的重要冶炼设备。这些特种合金材料主要应用于航空、航天、军工、核电、能源等重要领域。自动控制系统是真空感应炉的一个重要组成部分，直接影响产品的质量和产量。目前，我国真空感应冶炼过程控制技术落后、自动化水平低，已成为制约真空感应炉发展的一个瓶颈。为此，在国家国防科工委重

2、点工程资助下，本文重点研究了先进控制技术在真空感应炉中的应用，论文取得的主要研究成果如下:(1)对真空感应冶炼过程进行建模与优化为了实现质量稳定可靠和成本最低的系统控制目标，围绕温度控制和成分控制这两个基本主线，提出了生产过程中工艺设定值优化操作思想。通过对熔炼过程的能量需求与损失的系统分析与计算，利用电热平衡规律，详细推导了感应熔炼过程能量平衡模型，并针对各熔炼阶段特点提出了优化电能供给制度，为实际生产过程制定供电制度提供了理论依据。将模糊控制技术应用到了增锅高温烧结温度控制中。同时采用BP神经网络进行真空感应炉熔化期工艺过程的

3、建模，利用实际工业生产数据进行仿真，并对某一钢种的熔炼工艺操作，采用遗传算法对熔化期电能的输入与合理分配进行了寻优。通过优化的功率控制实现对温度的最佳控制，通过研究优化配料控制完善了成分控制。整体优化控制算法具有工业有效性和较高的控制精度，解决了真空感应冶炼过程中具有不确定性、非线性、多约束特点的状态优化问题。(2)利用神经网络和专家控制系统对终点温度和成分进行预报和控制应用RBF神经网络方法建立了真空感应炉终点钢液温度和终点碳含量预报模型，对输入参数的选择作了详细地分析，并运用聚类算法对该模型进行训练。可在第一次预报时初步计算出

4、冶炼到达炼终点的时间及终点输出值。再经过二次预报，进行校正误差，使结果更加精确。结合现场数据进行了学习和预报，实验结果表明预报命中率较高，取得良好的效果。为了提高终点温度和终点成分双命中率，本文东北大学博士学位论文摘要针对温度和成分不同时到达的情况基于人工智能的原理，设计一种专家系统和模糊控制相结合的智能控制系统。实验证明，采用专家控制系统在线实时对系统进行控制后，不但提高了生产效率节约了能源，而且基本杜绝了由于终点成分没有控制好造成出钢浇注前又一次添加合金料调整成分的现象。C3)实现真空感应炉整体自动控制系统设计基于真空感应冶炼

5、过程特性和控制问题分析，本文重点对以温度控制和成分控制为两条主线同时包含功率控制、优化配料控制、压力控制、塔竭烧结控制等各子控制系统在内的整体自动控制系统进行了设计与分析。整体自动控制系统的设计与分析，为复杂工业过程的建模和优化设计提供了新思路。由于在真空感应冶炼过程中采用了上述这些先进控制技术，从整体上提高了真空感应冶炼过程自动化控制水平，有效地抑制了产量质量随着不同操作人员而波动的不稳定性。实践证明具有降低电耗、提高生产效率、提高元素收得率和延长增锅寿命等显著的优点。同时加强了信息管理能力，降低了工人的劳动强度，取得了显著的经

6、济效益和社会效益。更为重要的是通过本课题研究，为真空感应炉控制系统国产化奠定了基础，摸索和积累了一定经验。也为复杂工业过程的建模及优化控制提供一套实用的、值得借鉴的工业化实现方法。关键词真空感应熔炼系统建模系统优化神经网络模糊控制专家控制系统东北大学博士学位论文abstractResearchandApplicationofAdvancedControlTechnologyinVacuumInductionMeltingAbstractVacuuminductionfurnacesareimportantmeltingequipm

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

8、es.Asanimportantpartinvacuuminductionmelting侧IM),theautomaticcontrolsystemhasadirectinfluenceonthequalityandoutputofproducts