王富力-电熔镁炉控制仿真实验系统设计与开发

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1、分类号密级UDC学位论文电熔镁炉控制仿真实验系统设计与开发作者姓名：王富力指导教师：李小平东北大学自动化研究中心申请学位级别：硕士学科类别：工学学科专业名称：控制理论与控制工程论文提交日期：论文答辩日期：学位授予日期：答辩委员会主席：评阅人：东北大学2009年07月AThesisfortheDegreeofMasterinTitlebySupervisor:NortheasternUniversityMonth20独创性声明本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加以标注和致谢

2、的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示诚挚的谢意。学位论文作者签名：签字日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。（如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意）

3、学位论文作者签名：导师签名：签字日期：签字日期：－V－东北大学硕士学位论文摘要电熔镁炉控制半实物仿真实验系统设计与开发摘要电熔镁炉是当前生产电熔镁的主要设备，从生产原理上，电熔镁炉属于矿热炉，是电弧炉的一种。从电气特上，电熔镁炉又是一个具有较强非线性、时变性和强耦合性的被控对象，在工作过程中，功率大、能耗高、工作电流变化剧烈，会对电网产生波形畸变、电压闪变和波动、功率因数低及三相不平衡等多种不利影响。为了降低现场调试的成本和风险，在实验室中建立电熔镁炉控制半实物仿真实验系统具有重要的意义。本文以“985工程

4、”流程工业综合自动化科技创新平台为依托，开展了电熔镁炉控制仿真实验系统设计与开发，为以后对电熔镁炉控制方法研究及电熔镁炉模型研究奠定了实验平台基础。本文进行了如下工作：1.结合平台通用性与扩展性，针对电熔镁炉的特点和相应的模型要求，运用MATLAB中提供的神经网络工具箱，建立了电熔镁炉系统模型，并建立模型库及算法库。同时利用MATLAB提供的GUI，开发了模型系统界面。2.以德国SIEMENS公司的S7-200PLC系统为硬件平台，根据文献[14]、[15]中提出的控制方法，采用基于规则推理的控制策略，编写

5、了异常控制规则程序、起炉控制规则程序、排气控制规则程序、打料控制规则程序、正常控制规则程序。3.设计和开发了上位机监控系统软件，实现监控、历史趋势显示、报警、数据归档等功能。4.在仿真实验系统上进行了实验研究，主要进行了电熔镁炉虚拟对象动态跟踪特性实验和在控制系统正常控制规则下控制系统控制实验，从模型仿真实验曲线趋势上，可以反映出电熔镁炉的特性，并验证了实验系统的可行性及控制算法的有效性。关键词：电熔镁炉；MatlabGUI；基于规则推理；仿真实验系统－V－东北大学硕士学位论文AbstractTitleAb

6、stractKeywords：－V－东北大学硕士学位论文目录目录独创性声明I摘要IIABSTRACTIII第一章绪论11.1课题背景及意义11.2电熔镁行业发展现状11.3电熔镁炉建模、控制及仿真技术的研究现状31.3.1电弧炉建模研究现状31.3.2电熔镁炉控制研究现状41.3.3电熔镁炉仿真技术现状51.4本文主要工作6第二章电熔镁炉熔炼工艺过程描述72.1电熔镁炉结构概述72.1.1电熔镁炉生产设备82.1.2电熔镁炉电气设备92.2电熔镁炉熔炼工艺过程与能耗分析102.2.1工艺过程描述102.2.

7、2熔炼能耗分析122.3电熔镁炉控制难点132.4本章小结14第三章电熔镁炉仿真实验系统设计153.1电熔镁炉仿真实验系统整体结构153.1.1电熔镁炉仿真实验系统的设计目标153.1.2仿真实验系统的整体结构163.2电熔镁炉虚拟对象系统设计233.2.1虚拟对象界面设计233.2.2模型的建立243.3电熔镁炉控制系统设计283.3.1控制系统软件功能设计283.3.2控制方法设计293.4电熔镁炉监控系统人机界面设计32－V－东北大学硕士学位论文目录3.5本章小结33第四章电熔镁炉控制仿真实验系统的开

8、发334.1电熔镁炉虚拟对象系统开发344.1.1虚拟对象系统界面开发344.1.2虚拟对象系统程序开发384.1.3模型与研华数据采集板之间通讯394.2电熔镁炉控制系统PLC程序开发404.2.1系统程序开发404.2.2控制系统与模型之间通讯454.3电熔镁炉监控系统人机界面开发454.3.1人机界面开发454.3.2上位机与PLC控制系统之间的通讯494.4本章小结49第五章电熔镁炉控制仿真实验系统实验研