电弧炉电极调节PDF自适应控制系统.pdf

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1、化工自动化及仪表第38卷电弧炉电极调节PDF自适应控制系统王发智耿蕊祁晓钰(齐齐哈尔大学，黑龙江齐齐哈尔161006)摘要将鲁棒性强、超调小、响应速度快、易实现的PDF控制方法运用到电炉电极系统的控制上，其中在电极控制系统的设计方面，采用双闭环模式——速度环作为内环。电极的电流环作为外环。并时PID控制和PDF自适应控制进行了仿真，仿真结果表明PDF自适应控制优于PID控制。．关键词电弧炉控制器自适应双闭环中圉分类号TP391文献标识碍．A文章编号1000．3932(2011)04-0364-05电弧炉是利用电弧的能量来熔炼金属的一种电炉。现代炼钢电弧炉在国民经济当中是电能的巨大消费者。目前电

2、弧炉电极系统的控制器，大部分是基于常规弧流和弧长静态线性关系的PID控制器。由于电弧炉电极系统的非线性、强耦合性，造成PID控制器超调量大、调节时间长，控制精度低影响炼钢质量，不能满足电极系统对控制精度的要求⋯。因此，寻求一种简便有效的控制方法，使电极调节控制系统能在冶炼的各个阶段和电极升降过程中都有较好的动态特性，是电弧炼钢炉急待解决的实际问题。针对这些问题笔者设计了一种自适应PDF电极控制器。．1PDF控制算法1．1PDF控制算法的特点由美国Comell大学的Phelan教授于1978年首次提出的PDF(PseudoDerivativeFeedback)控制理论，是在大量的工程实践基础上总

3、结得出的，其综合考虑实际工程控制系统中所涉及到的各种物理条件，如对象的不确定性、非线性、时变性、实际物理系统的能量传输限制以及外部干扰等等，仍属于经典控制理论。该理论认为现实中的被控对象包含大量的不可预测性因素，而且基本上是。非线性的，因此，实际的控制系统应该是逻辑的而．不应是纯数学的。现实中控制系统的本质是控制能量的传输，控制系统的性能要受到末级控制元件(即把低能量的命令信号转换为高能量的控制输出的物理元件)的最大输出能力的限制，在实际应用中，一个设计优良的控制器应该能有效地消除各种干扰的影响[21。PDF控制系统则充分的考虑到了这些，其设计准则为：被控变量响应尽可：，能快；超调尽可能小；在

4、对象参数变化时有较强的鲁棒性。．．PDF控制系统是一种采用状态反馈的积分控制系统，实际应用时只要求实际上提供比所要求的低一阶的状态反馈信号，因而具有极大的工程应用可行性。1．2PDF控制的基本结构PDF控制系统的标准结构如图1所示。图1标准PDF控制系统结构图由于在采用高阶微分器件时会产生很高的噪声，所以在实际应用中一般不采用此种结构。实际应用的PDF控制结构如图2所示。·图2一阶及二阶PDF控制系统结构图图2中，传递函数为1的方框代表末级控制元件，它的输出肘：的最大值受限于该物理元件的最大能量输出M。。，，即在控制系统运行中，始终有M。；≥M2。K。，Kdl和K以为PDF控制系统系数，根据P

5、helan和陈留的研究，可以由该系统激励信号输入的幅值r0，末级控制元件的最大能量输出值肘⋯和被控对象G(s)的最高有效阶项的收稿日期：2010．11-05系数直接计算出来、阶数n>2的PDF牲制的站构m低阶的PDF(一阶和=阶)拼站而成。避免丁录用岛阶傲分器件而产生租高的哺，H．对1‘高阶的PDF控制．苗先驿把他分解戚由阶和一阶PDF拄黼自由组台的形式。H=阶被控对象为例．图3为三阶PDF控制的结椅Ⅷ日3i"PDF控“的#∞囤PI)F控制毒敏的【

6、苒^法有m种：Phalea法和陬船浊州料基准理沧址相1日的忸擗导打式{同Phalen谗采用传统的缎联最缱分析让．m陈帮法则采川零m点法’o盛纲仆析

7、法。车Z往系缱给定的阶跃输^‘．n：川下．控制侔婀m，(f)的幅仉刚好逃创m．(控制系统束城榨制兀仆的R太功率)，UlJ最大lⅡ能利用“什柏能量，2电％炉PID电报控制器的设计殛仿真研究线悱PII】蠲甘器的IUm拖动控制系统在I：程世计方珐L缱墟熟．电弧炉PID电概控制系统如闭4所示。竹先把某炼钢r的电弧炉送行数据，代人电炉电锻系统的各十环节的传幽数中。略上系统对象小枘时间常数馓台理的简化，nI得电弧电概部仆的传递自数为Gnt=093296(I)电机驱动环廿的传递目数‰2fi蒜÷_12)践建器的传递函数：c．(，)：!!坐(31交流力矩电动机传递m数：。”丌ii莆葡_，i㈩建度&衄部分传递∞戢

8、：“，。=002；26(j)电流反馈环H化递蚋数：‘”。而赢五百‘6)根据电弧妒电极系统各环节的传递函数．町求出小舍PID删节器的系统开环传递自教为h。而j茜{亓17)撤掘每考史献很容易樽到PID控制器帕3个参数：K．：156．K。：18，Kd=04。系统从零时刘"始获得激畸阶跃信号．Pill控制嚣开始对系统进行柠制仿直。其仿≮波形如罔5所示。月3*，目6自适应PDF控“8∞#能框目在圈6中盲一个