一種基于鋼種凈空渣厚的多模型lf爐電極調(diào)節(jié)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于鋼種凈空渣厚的多模型LF爐電極調(diào)節(jié)方法，屬于LF爐電極 調(diào)節(jié)器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在LF爐外精煉的鋼鐵生產(chǎn)過程中，由于受鋼水面渣層厚度、底吹氬流量、大包耐 火層、電網(wǎng)電壓波動(dòng)、液壓伺服系統(tǒng)及控制調(diào)節(jié)比例閥放大板的精度與零漂變化等因素影 響，傳統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器應(yīng)用效果一般。在電極過程控制中，需要調(diào)節(jié)電極浸入鋼水深度從 而控制電極加熱功率，如果一旦比例失調(diào)，就會(huì)影響電極系統(tǒng)正常生產(chǎn)的使用，嚴(yán)重的甚 至?xí)斐缮a(chǎn)事故。所以在進(jìn)行控制的時(shí)侯，需要選用適當(dāng)?shù)目刂扑惴?，使整個(gè)系統(tǒng)既穩(wěn) 定又高效。常規(guī)PID調(diào)節(jié)器由于其結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便，因而在過程控制中獲得廣泛的應(yīng) 用。但對(duì)一些復(fù)雜過程且參數(shù)時(shí)變的系統(tǒng)，由于PID的參數(shù)不易實(shí)時(shí)在線調(diào)整，因而在應(yīng)用 中遇到一些困難。
[0003] 多年以來，電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)更多采用的是傳統(tǒng)PID控制方式，控制效果不很理想。目 前，主流的LF電極調(diào)節(jié)方案有：恒功率調(diào)節(jié)、恒阻抗調(diào)節(jié)、恒電流調(diào)節(jié)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)四種。
[0004] 恒功率調(diào)節(jié)：恒功率調(diào)節(jié)容易出現(xiàn)相同功率下，對(duì)應(yīng)不同的電流電壓的情況，因此 容易出現(xiàn)控制混亂的情況，因此目前較少采用。
[0005] 恒阻抗調(diào)節(jié)：
[0006] (1)恒阻抗控制也不能完全實(shí)行三相統(tǒng)籌控制。LF爐的三相電極之間存在強(qiáng)藕合 的關(guān)系，經(jīng)典的恒阻抗控制方法是將三個(gè)電極看作是三個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)加以控制，所以無法 實(shí)現(xiàn)真正意義上的三相平衡。
[0007] (2)恒阻抗的阻抗設(shè)定點(diǎn)是靜態(tài)阻抗設(shè)定點(diǎn)，并不是真正意義上的阻抗最佳設(shè)定 點(diǎn)，因而很難實(shí)現(xiàn)效率最優(yōu)。
[0008] (3)沒有考慮到LF爐冶煉過程的時(shí)變特性，電弧電氣特性是不斷變化的，在爐料 剛開始熔化初期負(fù)載呈現(xiàn)出電抗性，隨著爐料堆積，其特性不可能是完全一樣，所以要調(diào)整 到一個(gè)最佳狀態(tài)很困難。而且隨著冶煉過程的進(jìn)行，電極消耗和電弧對(duì)爐壁的侵蝕也會(huì)導(dǎo) 致工作參數(shù)的變化。
[0009] (4)恒阻抗控制沒有恒電流控制的靈敏度高，響應(yīng)速度相對(duì)較慢。
[0010] 恒電流調(diào)節(jié)：工作的三相電極調(diào)節(jié)器沒有自動(dòng)解藕的特性，即三相電極動(dòng)作之間 相互干擾較大，只要有一相電流發(fā)生變動(dòng)，其余兩相電流必然受到影響；這是恒電流原則的 一個(gè)很大的缺點(diǎn)，給電極調(diào)節(jié)帶來困難。系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，仍然受誤差影響大，系統(tǒng)容易震 蕩，節(jié)能效果較差。
[0011] 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：
[0012] (1)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的眾多的連接權(quán)值沒有物理意義，我們只知道其輸入輸出，而對(duì)其內(nèi) 部進(jìn)行的大量復(fù)雜運(yùn)算無從了解。
[0013] (2)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，一般不能直接處理結(jié)構(gòu)化知識(shí)。
[0014] (3)當(dāng)系統(tǒng)復(fù)雜時(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)變的很復(fù)雜，另外樣本訓(xùn)練時(shí)很可能達(dá)到誤差 局部最小，不能得到滿意的效果。
[0015] (4)運(yùn)算時(shí)間長，控制器的靈敏度低，不適合實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于鋼種凈空渣厚的多模型LF爐電極 調(diào)節(jié)方法，解決控制器靈敏度低，不適合實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的問題。
[0017] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，
[0018] -種基于鋼種凈空渣厚的多模型LF爐電極調(diào)節(jié)方法，包括：
[0019] 步驟1，采集電極調(diào)節(jié)器輸入數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括直接測(cè)量得到的三相二次側(cè)電 流、三相二次側(cè)電壓和電極調(diào)節(jié)器的初始電流設(shè)定值以及用于需整定PID控制器的鋼種、 凈空和渣厚的數(shù)據(jù)；
[0020] 步驟2,根據(jù)三相二次側(cè)電流不平衡度和三相二次側(cè)電流電壓的實(shí)時(shí)波形在線整 定PID控制器參數(shù)；
[0021] 步驟3,記錄整定后的PID控制器的靜態(tài)參數(shù)和鋼種、凈空以及渣厚的數(shù)據(jù)，建立 LF電極PID整定模型集合；
[0022] 步驟4,PID整定模型集合建立后，輸入鋼種、凈空和渣厚的數(shù)據(jù)，進(jìn)行判斷，如果 發(fā)現(xiàn)合適的模型，則自動(dòng)調(diào)用模型，根據(jù)調(diào)用的模型自動(dòng)設(shè)定PID控制器參數(shù)，否則可采用 通用參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0023] 進(jìn)一步地，步驟2包括：整定PID參數(shù)時(shí)尋找電極的最佳工作點(diǎn)，減少三相電流的 不平衡度，提高功率因數(shù)，應(yīng)滿足條件：系統(tǒng)的過渡時(shí)間最少時(shí)，三相電流的不平衡度小于 4%的占空比應(yīng)不低于90%，在未安裝功率補(bǔ)償裝置的情況下功率因素保持在0. 6以上， 安裝動(dòng)補(bǔ)或靜補(bǔ)應(yīng)不低于〇. 85,在實(shí)時(shí)的單相電流電壓實(shí)時(shí)波形中保證電流滯后的角度最 小。
[0024] 進(jìn)一步地，步驟4中，如果未發(fā)現(xiàn)合適的模型，則返回步驟2并運(yùn)行步驟2-3新增 模型至PID整定模型集合。
[0025] 進(jìn)一步地，步驟2中，在經(jīng)驗(yàn)值規(guī)定的過渡時(shí)間內(nèi)如果三相二次側(cè)電流不平衡度 小于5%，則采用恒電流方式進(jìn)行控制PID調(diào)節(jié)器，否則切換到阻抗控制方式。
[0026] 進(jìn)一步地，步驟2中，整定PID參數(shù)尋找電極的最佳工作點(diǎn)，減少三相電流的不平 衡度，提高功率因數(shù)后無法滿足要求時(shí)，根據(jù)二次側(cè)實(shí)際電流測(cè)量值調(diào)節(jié)電流設(shè)定值后，再 進(jìn)行步驟2整定PID參數(shù)或者在步驟1結(jié)束后，先根據(jù)二次側(cè)實(shí)際電流測(cè)量值調(diào)節(jié)電流設(shè) 定值后，再進(jìn)行步驟2整定PID參數(shù)。
[0027] 本發(fā)明中，過渡時(shí)間指升溫初期，系統(tǒng)波動(dòng)大，由于兩相電極先接觸鋼水拉弧，第 三相電極正在下降過程中，尚未接觸鋼水，所以系統(tǒng)沖擊較大。三相電極都進(jìn)入鋼水后，三 相同時(shí)拉弧，三相電極能夠較平穩(wěn)地在渣層埋弧，從任意三相電極二次側(cè)電流大于100安 培到系統(tǒng)較穩(wěn)定地埋弧這段時(shí)間稱為過渡時(shí)間。由于升溫前期控制對(duì)象的特性不同于中后 期，加上三相電極之間的強(qiáng)耦合關(guān)系，所以需要使用過渡時(shí)間加以區(qū)分，分段控制。
[0028] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：
[0029] 由于精煉爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)多變量、強(qiáng)藕合、大滯后的非線性系統(tǒng)，據(jù)此本發(fā) 明以本鋼煉鋼廠精煉車間3#LF爐為研究背景，深入研究了電弧的物理特性和電極調(diào)節(jié)系 統(tǒng)的原理，并采集大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析辨識(shí)，得出了鋼種、凈空、渣厚情況對(duì)調(diào)節(jié)器輸出的影 響關(guān)系。通過己有的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，建立了基于鋼種、凈空、渣厚的多模型控制器，改進(jìn)了傳統(tǒng) PID控制，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)不同的鋼種、凈空、渣厚情況自動(dòng)整定電極調(diào)節(jié)器參數(shù)。在控制過程的 各個(gè)瞬間，根據(jù)系統(tǒng)中應(yīng)用背景有目的地變化，從而將不同的結(jié)構(gòu)特性揉合在一起，取得了 比固定結(jié)構(gòu)系統(tǒng)更完善的性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)原有控制系統(tǒng)的優(yōu)化，從而可以大大改進(jìn)系 統(tǒng)的在線調(diào)整過程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電極更好的控制。
[0030] 在上述研究的基礎(chǔ)上，輸出與原來單一PID控制方式進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，基于 鋼種、凈空、渣厚的多模型控制器能更好地解決三相電極的藕合問題，可以更好地跟隨給定 輸入，在動(dòng)態(tài)響應(yīng)、抗干擾性、魯棒性等方面都有很大的提高，具有重要的理論價(jià)值和實(shí)際 應(yīng)用意義。
【附圖說明】
[0031] 圖1為采用本發(fā)明方法執(zhí)行檢測(cè)使得流程圖；
[0032] 圖2為單相電流電壓實(shí)時(shí)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明 進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0034] 本發(fā)明實(shí)施例，參見圖1，一種基于鋼種凈空渣厚的多模型LF爐電極調(diào)節(jié)方法，包 括：
[0035] 步驟1，采集電極調(diào)節(jié)器輸入數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括直接測(cè)量得到的三相二次側(cè)電流、三 相二次側(cè)電壓和電極調(diào)節(jié)器的初始的電流設(shè)定值以及用于需整定PID控制器的鋼種、凈空 和渣厚的數(shù)據(jù)；
[0036] 其中電流設(shè)定值為操作人員選定的電流初始檔位，一共有6檔，在生產(chǎn)過程中此 檔位默認(rèn)為第6檔，不進(jìn)行調(diào)節(jié)。此值僅作為參考，對(duì)系統(tǒng)輸出值最佳電流給定值產(chǎn)生影 響，如電流檔位設(shè)定值調(diào)低，系統(tǒng)輸出值最佳電流給定值會(huì)做相應(yīng)調(diào)整，輸出減小。
[0037] 步驟2,根據(jù)三相二次側(cè)電流不平衡度和三相二次側(cè)電流電壓的實(shí)時(shí)波形在線整 定PID參數(shù)和電流設(shè)定值；
[0038] 參數(shù)整定過程是一個(gè)相對(duì)尋優(yōu)的過程，是一個(gè)循環(huán)迭代的過程，所以無法絕對(duì)定 量，只能相對(duì)尋優(yōu)。整定PID參數(shù)時(shí)尋找電極的最佳工作點(diǎn)，減少三相電流的不平衡度，提 高功率因數(shù)，應(yīng)滿足條件：系統(tǒng)的過渡時(shí)間最少時(shí)，三相電流的不平衡度小于4%的占空比 應(yīng)不低于90%，在未安裝功率補(bǔ)償裝置的情況下功率因素保持在0. 6以上，安裝動(dòng)補(bǔ)或靜 補(bǔ)應(yīng)不低于0.85,在實(shí)時(shí)的單相電流電壓實(shí)時(shí)波形中保證電流滯后的角度最小，參見圖2 的單相電流電壓實(shí)時(shí)波形圖。
[0039] 步驟2中，在經(jīng)驗(yàn)值規(guī)定的過渡時(shí)間內(nèi)如果三相二次側(cè)電流不平衡度小于5%，則 采用恒電流方式進(jìn)行控制PID調(diào)節(jié)器，否則切換到阻抗控制方式。以上所述僅為