电熔镁砂熔炼过程带输出补偿的PID控制

电熔镁砂熔炼过程是以三相电机转动方向与频率为输入,以三相电极电流为输出的强非线性工业过程,其模型参数埋弧电阻率、熔池电阻率和熔池高度随熔炼过程和原矿颗粒长度及杂质成分的变化而变化.本文采用线性模型和未知高阶非线性项来描述电熔镁砂熔炼过程,其中未知高阶非线性项用已知的前一时刻高阶非线性项和其变化率来描述,采用线性模型设计PID控制器,并设计消除前一时刻高阶非线性项的补偿器和消除其变化率的补偿器,提出了带输出补偿的PID控制器,同时采用一步最优前馈控制律和一步最优调节律设计控制器参数.通过仿真实验和电熔镁炉的工业应用,表明当该过程的动态特性发生未知随机变化时,本文所提方法在所有运行时间内可以将电流跟踪误差控制在目标值范围内.     

数据与模型驱动的电熔镁群炉需量预报方法

电熔镁群炉需量指当前时刻k和（k-1）,…,（k-n+1）时刻群炉功率的平均值,用于度量高耗能电熔镁群炉用电量.（k+1）时刻群炉需量取决于功率变化率.本文建立了功率变化率与电流控制系统输出电流之间由线性项与未知非线性项组成的动态模型,其中线性项通过电流被控对象的参数和控制器的参数计算,未知非线性项采用基于偏自相关函数（Partial autocorrelation function,PACF）输入变量决策的径向基函数神经网络（Radial basis function neural network,RBFNN）来估计.本文提出了由当前k时刻的需量和功率,（k-n+1）时刻功率及k时刻功率变化率的估计组成的（k+1）时刻需量的计算模型.通过某电熔镁砂厂实际数据的仿真实验和工业实验表明所提方法可准确预报需量变化趋势,可以防止因原料变化引起需量尖峰导致错误切断电熔镁炉供电造成电熔镁砂质量降低.     

基于火焰动态纹理的电熔镁炉工况识别

电熔镁炉制备电熔镁砂的工艺过程中,会交替出现正常熔炼、加料和欠烧等不同工况,针对不同的工况需要采取相应的处理方式来保证生产过程的正常进行。目前,工况的识别主要依靠人工完成,这种方式存在工人劳动强度大、容易漏检误检等问题。本文依据不同工况下炉口火焰具有不同的动态可视化特征,提出一种基于动态纹理的工况识别技术。首先,通过建立炉口火焰的线性动态系统模型来刻画图像的动态特性,然后,设计了基于子空间角度的核函数来度量火焰动态模型相似度。对比实验表明本文设计的基于子空间角度的工况分类器具有更好的分类精度及鲁棒性。     

电熔镁砂产品单吨能耗混合预报模型

产品的单吨能耗是反映电熔镁砂熔炼过程产品产量和能耗的综合生产指标. 通过分析炉内电热转换关系,利用能量守恒原理建立了产品单吨能耗模型. 针对模型的未知非线性和参数时变等综合复杂性提出了由基于机理分析的单吨能耗主模型和 基于神经网络的补偿模型组成的产品单吨能耗混合预报模型. 其中神经网络补偿模型用于补偿模型的未知非线性和参数不确定性对于预报模型准确性的影响. 采用某电熔镁砂熔炼过程实测数据验证了所建立的混合预报模型是有效的.     

基于多级动态主元分析的电熔镁炉异常工况诊断

电熔镁熔炼过程中的异常工况(如半熔化工况)直接影响产品质量、威胁人员和生产安全, 有必要及时诊断. 但与异常直接相关的超高温熔池温度(>2850 ℃)难以利用温度传感器检测, 目前现场主要依靠工人在定期巡检时人眼观察炉壁来诊断, 工作强度大、安全度低、诊断不及时. 针对上述问题, 本文提出一种炉体动态图像驱动的电熔镁炉异常工况实时诊断方法. 结合电熔镁炉熔炼各区域温度分布的空间特征、正常工况下熔炼温度变化和水雾扰动引入的图像时序特征、以及异常工况下温度异常区域持续发亮扩大的特征, 在对炉体动态图像进行空间多级划分的基础上, 提出了一种多级动态主元分析(Multi-level dynamic principal component analysis, MLDPCA) 动态图像分块建模方法. 在此基础上, 提出基于MLDPCA的逐级诊断方法与基于贡献图的异常定位方法. 最后, 采用某电熔镁生产现场的实际图像进行方法验证, 结果表明了所提方法的有效性.     

基于图像随机分布模型的电熔镁炉工况识别

电熔镁炉制备电熔镁砂的工艺过程中,会交替出现正常熔炼、加料和欠烧等多种不同工况,其中,欠烧工况分辨难度最大且最为关键.目前,欠烧工况的识别主要依靠人工经验完成,这种方式的准确性取决于人的经验水平和生理状态,且工人劳动强度大,存在容易漏检误检的问题.对此,依据不同工况下炉口火焰图像中具有的动态特征,提出一种基于B样条(B-spline)动态网络动态特性的工况识别技术.首先,建立炉口火焰的线性动态系统模型来刻画系统的动态特性;然后,设计基于子空间主要角度的核函数来度量火焰动态模型相似度.对比实验表明,所设计的基于B-spline动态网络动态特性的工况识别技术具有更好的分类精度和更高的效率.     

电熔镁炉熔炼过程的智能设定值控制

电极电流值和极心圆直径是电熔镁砂生产过程中影响产品性能指标的两个重要参数,在传统工艺中由人工设定．由于生产过程中存在很多复杂特性,人工给定的设定值很难保证其准确性．针对这种情况,提出了基于案例推理、迭代学习、PI控制、神经网络和规则推理的参数混合智能设定方法．该方法成功应用于国内某电熔镁砂厂,应用效果表明了所提出方法的有效性．     

基于时序图像深度学习的电熔镁炉异常工况诊断

超高温电熔镁炉（Fused magnesium furnace,FMF）生产炉况监测困难,易发生欠烧异常工况,不仅造成产品质量下降,也直接危害生产安全与人员安全.现有的人工巡检方式实时性差,容易发生漏报和误报,甚至导致铁制炉壳烧透、烧漏.针对该问题,本文采用视频信号,利用电熔镁炉欠烧工况的时空特征,即在炉壳表面出现的局部不规则高亮区域的空间特征,以及该高亮区域随时间呈现出亮度增强、面积变大的时序特征,提出一种基于卷积循环神经网络（Convolutional recurrent neural network,CRNN）的电熔镁炉异常工况诊断新方法.该方法包括图像序列一致性变换和时序残差图像提取预处理、基于卷积神经网络（Convolutional neural network,CNN）的空间特征提取、基于循环神经网络（Recurrent neural network,RNN）的时序特征提取、基于加权中值滤波的工况自动标记.最后采用实际的电熔镁炉炉壳的视频信号,进行了所提方法与现有的两种深度学习网络模型的实验比较研究,结果说明了所提方法的优越性.     

电熔镁砂熔炼过程电极电流饱和约束一步最优控制

电熔镁砂熔炼过程通过电极电流熔化物料, 采用埋弧方式, 边熔化边加料, 其被控对象是以转动方向与频率为输入, 以电极电流为输出的三相电机. 本文通过引入中间变量并转化控制目标, 将电熔镁砂熔炼过程三相电极电流的复杂非线性控制问题简化为线性控制问题, 提出了一种简化的电极电流饱和约束一步最优控制方法, 并通过引入拉格朗日乘子向量和松弛向量验证了该方法的最优性. 理论分析和仿真对比实验结果表明本文所提简化控制方法的有效性和优越性. 此外, 当考虑电熔镁砂熔炼过程中存在的不可测外部干扰时, 在上述简化的电极电流饱和约束算法的基础上设计了高阶干扰观测器, 理论分析和仿真结果验证了具有高阶干扰观测器的简化算法的优越性.     

基于深度卷积网络的电熔镁炉欠烧工况在线识别

欠烧是电熔镁炉熔炼过程中由于原料杂质不均匀导致炉壁局部过热的异常工况,若不及时发现和处理,可能导致炉体烧穿.目前,欠烧工况主要依靠有经验的巡检工人在电熔镁生产现场“看火”,劳动强度大且危险性高,容易漏检、误检.鉴于此,提出一种基于深度卷积网络的可见光RGB图像与红外热像相结合的电熔镁炉欠烧工况感知技术,并基于此开发原型系统.采用工业相机和红外热像仪获取电熔镁生产现场过程图像,利用深度学习技术并结合现场工人经验建立对欠烧工况视频图像的检测和识别模型,通过实时的图像分析,实现对欠烧工况的在线识别.将该技术在某氧化镁企业进行工业实验,验证了所提出技术的有效性.     

基于AVR单片机的炭化硅盐浴熔炼电炉节能技术

炭化硅盐浴熔炼炉,属于连续性生产负荷,其供电电压随电力网的变化而变化,造成不必要的电能损耗。通过对炭化硅熔炼炉具体工况的测量,设计了一炭化硅盐浴熔炼电炉的节电装置,由显示模块,CAN总线与控制箱三部分组成,采用恒压控制系统。测量节电装置接人前后参数的变化,并进行对比分析,一台熔炼炉一天节电率可以达到10％。具有很好的节电效果,从技术层面进行节能减排具有很强的现实意义。     

采用PLC和变频器的电渣炉电控系统改造

电渣重熔是冶炼特殊钢的重要手段之一。电渣炉渣池的温度对精炼提纯效果、电极熔化率、铸件成型和结晶具有决定性作用，而温度控制则主要通过对熔炼电流的调节，也即调整电渣炉自熔电极底部与渣池液面的距离来实现，因而电极升降控制就成为了电渣炉生产的关键控制环节。上世纪90年代以前，电极升降控制主要采用晶闸管直流调速装置，存在体积大、故障率高、运行成本高等缺点。随着变频器和PLC的广泛应用，这些先进设备也被用来对以电极升降控带3为主的老式电渣炉电控系统实施改造，使旧电渣炉换上新装备。其良好的稳定性、可靠性、借助程序实现的灵活性以及维护的便捷，使其生产能力和产品质量都得到了大幅提高。     

铜闪速熔炼炉计算机在线控制策略与方法

闪速熔炼过程反应机理复杂，固、液、气三相共存，影响因素多且耦合严重，人工操作因素影响闪速炉作业状况稳定的问题较为严重。该文在静态数学模型的基础上，提出了一种铜闪速熔炼炉计算机在线控制策略，使之能迅速而准确改变控制参数，稳定生产。运行考核结果表明，本系统控制功能及偏差均达到预期要求。     

闪速炉的神经网络冰镍质量模型与稳态优化控制研究

提出了基于神经元网络技术的软测量方法,建立复杂工业过程(闪速炉)模型.针对 生产工艺的要求,分别建立了生产工艺指标模型和产品产量模型,开辟了复杂工业过程产品 质量建模的新领域.在建模基础上,对闪速炉进行了稳态优化控制研究,结果表明该方法具有 较好的节能效果.最后给出了将来在线优化控制的建议.     

竖炉＋铁浴熔融还原炼铁流程的分析

对竖炉＋铁浴熔融还原炼铁流程进行了分析，从能量的数量和质量两个方面，考察了整个流程的能量利用情况，并绘出了流程的　平衡图，为熔融还原炼铁流程的可行性研究提供了依据。     

蓄热式加热炉的空燃比控制

针对蓄热式加热炉具有多变量、时变、非线性、耦合、大惯性和纯滞后等特点,当前时于蓄热式加热炉的空燃比控制主要还是人工操作完成的问题,通过对蓄热式加热炉空燃比变化这一复杂的工业过程的分析,提出了一种蓄热式加热炉空燃比控制方法,设计了一个基于智能的空燃比控制系统.用无辨识自适应方法预测热值,用模糊神经网络预测烟气残氧量,解决...     

多温区电加热炉的系统模型辨识及仿真试验

多温区电加热炉建模是系统辨识领域中的一个典型问题,电加热炉控制过程往往表现出非线性、大迟延和耦合性等特点,难以用传统方法建立精确的数学模型.针对此问题,提出了一种加权最小二乘递推辨识算法,并应用到钟罩式加压烧结炉的建模试验中,通过试验验证了该方法能够获得较好的数学模型.此方法对多变量工业过程的控制方法研究、多变量系统的控制理论研究有着广泛的理论和实际意义.     

基于最优工况迁移的高炉铁水硅含量预测方法

高炉铁水硅含量是铁水品质与炉况的重要表征,冶炼过程关键参数频繁波动及大时滞特性给高炉铁水硅含量预测带来了巨大挑战.提出一种基于最优工况迁移的高炉铁水硅含量预测方法.首先,针对过程变量频繁波动问题,提出基于邦费罗尼指数的自适应密度峰值聚类算法,实现对高炉冶炼过程变量的工况划分,并建立不同工况硅含量预测子模型.其次,针对冶...     

Conjugate gradient optimization applied to a copper converter model

Exothermic copper conversion reactions release heat energy which can be used to melt fluxing materials required in the reverberatory furnace. Oxygen enrichment of the air supplied to the converter results in shorter processing times and increased ability to smelt flux but with increased air supply costs.

A conjugate gradient method in function space is employed to determine the optimal rate of flux addition to a calibrated mathematical model of the converter for various levels of enriched oxygen. The smelting of flotation concentrates in the converter and the effect of converter parameter variations in the optimal solutions are also considered. The mathematical model is derived from material and heat balance relationships and is calibrated using data from an operating converter.

The paper also shows how the method of conjugate gradients in function space can be applied to a bounded control problem, in particular, one in which intervals of singular optimal control arise. The conjugate gradient method is found to converge substantially faster to a higher value of the performance index than a conventional steepest ascent procedure.     

电弧炉电极升降PLC控制系统设计及应用

针对模拟器件自耗电极真空电弧炉电极升降控制系统故障率高，维护最大等一系列问题，设计出了由PLC和模拟调速器组成的电极升降控制系统。介绍了系统主要硬件配置、S7－300PLC程序结构、操作面板OP27组态画面，并给出了主程序循环方框架，该系统控制法采用PID算法，且根据现场工艺要求实现了从手动到自动的无扰切换功能，现场运行数据表明，基于PID控制规律的电弧炉电极升降PLC控制系统运行稳定可靠，操作方便，维护量小，对同行业的生产进步将起到示范和推动作用。