[发明专利]一种用于电渣重熔的预测PI控制方法

说明书

本发明涉及一种用于电渣重熔的预测PI控制方法，将电渣重熔系统作为一个双输入双输出系统，根据不同生产条件和熔速的需求，将熔炼电流与二次电压作为输入，将电极进给速度和励磁电压作为控制输出，通过动态解耦将电渣重熔系统转化为两个控制回路，两个控制回路的对象经过降解后都化为一个一阶加纯滞后对象，然后对两个控制回路分别设计预测PI控制器，并由预测PI控制器进行控制。本发明使得电渣重熔系统更加稳定。

技术领域

本发明涉及电渣冶金控制技术领域，特别是涉及一种用于电渣重熔的预测PI控制方法。

背景技术

电渣冶金是金属的一种熔炼方法，电渣重熔(Electroslag Remelting，简称ESR)是电渣冶金的一个分支，是特殊钢和高级合金二次精炼的主要手段之一。电渣重熔是在初炼钢的基础上来进一步的提纯及改变铸锭的组织结构，从而获得高品质的冶金产品。电渣重熔过程是一个大惯性、多变量耦合、纯滞后、参数时变的非线性过程，因此对其进行有效的控制是一大难题。目前国内外主要采用传统的PID控制器对电渣冶金过程进行控制，也有一些专家学者对先进控制方法进行了探索，如模糊控制、粒子群算法和神经网络控制等，这些先进算法其在保证钢锭的质量和提高生产效率上起到了很大作用，但还存在一些缺点和不足。

电渣重熔的原理为：在水冷结晶器中加入液态或固态的渣子形成渣池，通过调整夹持自耗电极1的电机2转速与旋转方向，来控制自耗电极1插入渣池3的深度，熔炼变压器4在自耗电极1与水冷结晶器5两端加载电压，用短网将自耗电极1、渣池3、钢锭6和水冷结晶器5等部件连接形成电流回路，其具体原理图如图1所示。渣池阻值很大，通过电流后产生巨大的热量，使插入其中的自耗电极不断融化形成金属液滴，金属液滴穿过渣池不断凝固形成钢锭。自耗电极不断融化的速度和钢锭不断形成的速度要保持稳定才能形成高品质铸锭产品。

电渣炉的控制主要有恒功率控制、恒熔速控制、恒渣阻控制和恒熔池控制等，控制方法以常规的PID控制为主。目前我国大部分的电渣炉采用的是恒电流控制，其为恒功率控制得当一种，也有采用恒功率控制的，国外的电渣炉熔速控制采用了电阻摆动控制和电压摆动控制，其一般包含有渣阻控制环和熔速控制环两个闭环控制系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于电渣重熔的预测PI控制方法，使得系统更加稳定，产品更加优良。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于电渣重熔的预测PI控制方法，将电渣重熔系统作为一个双输入双输出系统，根据不同生产条件和熔速的需求，将熔炼电流与二次电压作为输入，将电极进给速度和励磁电压作为控制输出，通过动态解耦将电渣重熔系统转化为两个控制回路，两个控制回路的对象经过降解后都化为一个一阶加纯滞后对象，然后对两个控制回路分别设计预测PI控制器，并由预测PI控制器进行控制。

所述电渣重熔系统的输入输出关系为其中，V₂(s)为二次电压，I₂(s)为熔炼电流，为2×2时滞多变量系统，ΔV(s)为励磁电压， v(s)为电极进给速度。

所述动态解耦的解耦控制器为其中，d₁₂、d₂₁为解耦分支控制器。

所述设计的预测PI控制器的传递函数为所述设计的预测PI 控制器的输入输出关系为其中，k_p表示过程增益，λ表示可调参数，E(s)为控制器输入的误差函数，U(s)为控制器输出函数，T为时间常数、τ为滞后时间。

有益效果