Структурное моделирование и оптимальное управление температурными режимами жидкого металла в газовых отражательных печах для плавления алюминиевых сплавов

• Автор: Узенгер, Алексей Андреевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Содержание
Содержание.
Введение.

1. Проблема управления температурными режимами

жидко металл и чес кой ванны в газовых отражательных печах для плавления алюминиевых сплавов

1.1 Современные плавильные печи для алюминиевых сплавов

1.2 Влияние температуры жидкой фазы на свойства сплава в процессе

его приготовления в газовых отражательных плавильных печах.

1.3 Существующие методы контроля и регулирования температуры жидкой фазы в газовых плавильных и раздаточных печах для алюминиевых сплавов. Задачи исследования.
2. Газовая отражательная печь для алюминиевых сплавов как объект автоматического регулирования температурой жидкого металла.

2.1 Основные уравнения и определяющие параметры процесса внешнего теплообмена.

2.1.1 Базовая система уравнений внешнего теплообмена
2.1.2 Определение основных параметров процесса внешнего теплообмена.
2.2 Математическое моделирование процессов нагрева жидкого
металла
2.3 Структурное моделирование объекта управления.
2.3.1 Линеаризованная система уравнений объекта управления и структурная схема объекта управления
2.3.2 Передаточная функция жидкометаллической ванны.
2.3.3 Передаточная функция звена внешнего теплообмена.
2.3.4 Вывод передаточной функции объекта управления.
2А Основные результаты и выводы
3. Дробнорациональная аппроксимация передаточной функции
объекта управления.
3.1 Редукция к задаче минимизации ошибки равномерного приближения в области характеристик мнимых частот и общий метод
е решения.
3.2 Дробнорациональная аппроксимация характеристик мнимых
частот объекта управления
3.2.1 Справочные данные, используемые при решении задачи аппроксимации.
3.2.2 Непосредственное решение задачи аппроксимации.
3.3 Представление параметров аппроксимированной модели как функции глубины ванны х
3.4 Основные результаты и выводы.
4. Экспериментальные исследования объекта управления.
4.1 Контроль температуры расплава в плавильных печах.
4.2 Передаточная функция термопары погружения
4.3 Постановка экспериментальных исследований
4.4 Сравнительный анализ теоретических и экспериментальных исследований объекта управления
4.5 Основные результаты и выводы.
5. Алгоритмы программного оптимального управления температурным режимом жидкометаллической ванны.
5.1 Постановка задачи оптимального быстродействия и алгоритмы программно оптимального управления расходом топлива.
5.2 Алгоритмы оптимального по быстродействию управления с учтом фазовых ограничений на максимальную температуру.
5.3 Основные результаты и выводы
6. Синтез оптимальной по быстродействию системы управления
6.1 с двухинтервальнъш управлением
6.2 с фазовым ограничением на допустимую температуру
6.3 Система стабилизации температуры расплава
6.4 Влияние возмущений.
6.5 Основные результаты и выводы.
Заключение
Библиографический список.
Приложение А Справка об использовании результатов кандидатской
диссертации в ОАО СМЗ
Приложение Б Акт об использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе СамГТУ.
Введение
Актуальность


Полученные в работе результаты позволяют на качественно более высоком уровне решать инженерные задачи синтеза систем автоматического и автоматизированного управления процессом нагрева жидкометаллической ванны плавильного агрегата. Результаты работы использованы в проектных разработках перспективных систем управления процессами плавки и литья алюминиевых сплавов на Самарском металлургическом заводе ОАО СМЗ г. Самара, а также в учебном процессе СамГТУ при подготовке инженеров по специальности Управление и информатика в технических системах и магистров техники и технологии по направлению Автоматизация и управление. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на 1 Всероссийской научной конференции Математическое моделирование и краевые задачи Самара, , II Международного форума VII Международная конференция Актуальные проблемы современной науки Самара, , IV Всероссийской научной конференции с международным участием Математическое моделирование и краевые задачи Самара, , Х1И Международная научнопрактическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Современная техника и технологии Томск, . По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 4 в журналах из перечня, рекомендованного ВАК. Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения, изложенных на 8 страницах машинописного текста, содержит рисунка, 7 таблиц, список литературы из 0 наименований и 2 приложения. В первой главе приводится описание современных плавильных печей на газовом топливе для алюминиевых сплавов. Рассматривается влияние температуры жидкой фазы на свойства сплава в процессе его приготовления. Приводится описание существующих методов контроля и регулирования температуры жидкой фазы в газовых плавильных и раздаточных печах для алюминиевых сплавов. Во второй главе производится математическое описание са нагрева жидкомсталлической ванны газовой печи как объекта с распределнными параметрами. Выводится система уравнений, определяющая параметры процесса внешнего теплообмена, которая получена из уравнений баланса для эффективных и результирующих излучений участвующих в теплообмене поверхностей и сред зональный метод расчета, метод сальдопотоков. Рассматриваются процессы нагрева в ванне печи в виде двумерного уравнения теплопроводности с краевыми условиями второго рода. Ввиду того, что форма панны отличается от прямоугольной, имеется заметный скос ванны, то при определении температурного распределения ванны используется методика расчта для клиновидных тел. Рассматривается процесс нагрева внутренней поверхности кладки как уравнение теплопроводности с краевыми условиями второго рода для бесконечной пластины. Выводится передаточная функция процессов нагрева жидкометаллической ванны газовой печи при сосредоточенном управлении в виде безразмерного расхода топлива и распределенном выходе в виде температурного поля ванны. В третьей главе производится дробнорациоиальная аппроксимация сложной трансцендентной передаточной функции объекта. Произведн сравнительный анализ полученных аппроксимированных передаточных функций с исходными. В четвертой главе производится сравнительный анализ расчтных и экспериментально снятых переходных характеристик нагрева жидкометаллической ванны газовой печи. Вводится передаточная функция температурного датчика. В пятой главе ставится и решается задача разработки алгоритмов программного оптимального управления температурным режимом жидкометаллической ванны по критерию быстродействия. Произведен сравнительный анализ программно оптимального управления с учтом и без учта фазового ограничения. В шестой главе ставится и решается задача синтеза замкнутой оптимальной по быстродействию системы автоматического управления. Произведено моделирование систем алгоритмической оптимизации с двухинтервальным управлением и с фазовым ораничением на допустимую температуру. Произведен анализ влияния температурного датчика на переходные процессы нагрева ванны. Рассматривается режим стабилизации температуры жидкометаллической ванны. Рассмотрен случай, когда на систему действует возмущающее воздействие.