电磁连续铸轧改进型复合磁场控制系统的设计与研究

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1、摘要铝电磁连续铸轧技术是一种高效、节能的铝带坯生产高新技术，通过将特殊的复合电磁场引入连续铸轧区，改变铝熔体的凝固结晶条件，从而达到细化晶粒、提高铸轧带坯性能的目的。论文针对现有复合磁场控制系统存在变频范围窄、谐波污染严重等问题，进行了改进设计。分析了电磁感应装置的结构及其作用机理，利用矩阵变换器设计了控制系统主电路，并讨论了复合磁场与主电路输出电流之间的联系，以电流为被控变量，设计了基于空间矢量调制的双级式矩阵变换技术的电流波形闭环控制方案，使输出电流跟踪给定函数的变化。论文阐述了控制系统的硬件实现方案，采用“DSP+CP

2、LD”结构作为控制核心，外围电路的设计采用模块化的设计思想，介绍了模拟量输入处理模块及人机接口模块和通信模块等。针对系统主电路及电磁感应装置难以建立精确数学模型的特点，采用基于遗传算法的自适应PID控制算法实现对输出电流的控制。仿真结果表明，与常规PID算法以及模糊PID算法相比，该算法可以有效地改善控制系统的动态性能，得到满意的控制效果。在控制程序的软件设计方面，引入了嵌入式实时操作系统灿c／os—II构建软件架构，实现任务实时切换以及资源的合理调度；研究并设计了电流波形发生器；设计了互为热备的cAN／RS485双网通信协

3、议及软件。实验结果表明，改进后的复合磁场控制系统对提高铝材质量起到了显著的作用。关键词铝电磁铸轧，复合磁场，矩阵变换，遗传算法，此／oS一ⅡABSTRACTAluminumelectromagneticcasting-rollingisahi曲andnewtechnologywithhighefficiencyandlessenergy—consuming．Aluminumcrystalisrefinedandcasting-rollingstrip’Sperformanceisimprovedbyintroducingsp

4、ecialelectromagneticfieldintocontinuouscasting-rollingzonetochangesolidificationandcrystallizationconditionformoltenaluminum．Inordertosolvedefectsofelectromagneticfieldcontrolsystem,someimportantimprovementismade．MatrixConvertor(MC)iSadoptedtodesignthemaincircuit．a

5、ndcurrentisselectedascontrolledparameter．Andaclosed-loopoutputcurrentcontrolmethodbasedonthespacevectormodulationisdesigned．SomatcurrentiSforcedtotracerefefenceandgoodcontrolperformanceisobtained．ThesoftwareandhardwareschemesofcontrolsystemareresearchedinthePap既“DS

6、P+CPLD'’architectureiScontrolcore．Modularizationdesignphilosophyisadoptedindesignofperipherycircuitandsomemodulesareemphasizedinthepaper,suchasinputprocessmoduleofanalogsignals，communicationmoduleandhuman-machineinterfacemodule，etc．Becauseofdifficultiesinmodelingel

7、ectromagneticinductionsetprecisely,self-adaptivePIDcontrolarithmeticbaseonGeneticAlgorithm(GA)isadoptedtooptimizethePIDparameters。Bytumningonoroffthesoftwareswitchtoactiveorinactivatetheoptimization，whichhasadvantagesofsavingCPUresourceandconveniencewhendebugging．S

8、imulationresuItsshowthatself-adaptivePIDcontrolarithmeticbaseonGeneticAlgorithmcaneffectivelyimprovedynamicperformanceofcontrolsystemandgetbetter