Математическое моделирование и исследование системы управления током электродуговой печи

• Автор: Карпухин, Константин Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 139 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. УСЛОВИЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И МОДЕЛИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ ПОСТОЯННОГО ТОКА (ДСППТ)
1Л. Особенности работы ДСППТ
1.2. Варианты систем питания ДСППТ
1.3. Влияние режима дуги на КПД
1.4. Пути повышения показателей качества систем управления током дуги
1.5. Анализ приводов перемещения электродов Выводы по главе
2. АНАЛИЗ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ДСППТ
2.1. Анализ датчиков электрических величин
2.2. Определение параметров модели электрогидравлического привода перемещения электрода
2.3. Микроконтроллерная система управления электрогидравлическим приводом
2.4. Анализ датчиков скорости перемещения электрода
2.5. Исследование и синтез модели дуги постоянного тока
2.6. Определение внесенных сопротивлений и индуктивностей от трансформатора, дросселя, шин токопроводов
Выводы по главе
3. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТОКОМ ДСППТ
3.1. Составление модели системы управления током ДСППТ
3.2. Анализ линеаризованной модели системы управления
3.3. Составление модели нелинейной системы
3.4. Моделирование нелинейной системы

3.5. Анализ чувствительности системы управления током
ДСППТ
3.6. Анализ системы управления током ДСППТ при 75 воздействии помех
3.7. Влияние пульсаций тока и пути их снижения 9
Выводы по главе
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Разработка и испытание блока управления
электрогидравлическим приводом
4.2. Исследование датчика скорости перемещения электрода
4.3. Экспериментальные исследования системы управления
током ДСППТ в различных режимах
4.4. Обработка экспериментальных данных
4.5. Сравнение результатов моделирования с реальными процессами
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время получают широкое распространение дуговые сталеплавильные печи постоянного тока (ДСППТ) как основные агрегаты для выплавки качественных металлов. В дуговых печах постоянного тока в качестве управляющих воздействий могут использоваться изменения длины дуги или величины питающего напряжения. Однако, построение мощных регулируемых источников питания ДСППТ связано со значительными материальными затратами, которые для печей малой емкости сопоставимы со стоимостью самой печи. Поэтому в ДСППТ малой емкости в качестве одного из вариантов источника питания можно использовать печной трансформатор с неуправляемым выпрямителем, а управление электрическим режимом осуществлять только изменением длины дуги.
Процесс плавки металла в такой печи сопровождается изменением параметров силовой цепи, которое ведет к увеличению пульсаций силового тока, эксплуатационным коротким замыканиям и обрывам дуги. Это приводит к срабатыванию защиты, увеличению времени плавки и снижению энергетической эффективности установки.
В связи с этим необходимо решать вопросы модернизации и совершенствования систем управления ДСППТ. Эти задачи можно решить созданием математических моделей основных узлов системы и объекта исследований, подробного изучения условий возникновения и существования дуги, синтеза системы управления и ее элементов с низкой чувствительностью к параметрическим возмущениям. Исследование и синтез систем управления дуговыми печами проводили такие отечественные авторы, как А.Д. Свенчанский [69-71], Ю.М. Миронов [46-49],
В.П. Рубцов [63 - 66] и др. В первую очередь они рассматривали вопросы, связанные с энергетикой и управлением мощностью, что актуально для печей большой мощности.
Разработкой математических моделей электродуговых печей и отдельных узлов занимались такие ученые как Салтыков В.М., Вахнина В.В., Кожеуров В.Н. [35, 41], Елизаров К.А. [33] и др.
В диссертационной работе рассматривается система управления током дуги для печей небольшой мощности (объемом до 400 кг). В таких печах в большинстве случаев отсутствует регулирование напряжения. Поэтому управление током дуги является единственным каналом воздействия на

разработки схем и алгоритмов работы систем управления электрогидравлическим приводом, обеспечивающих расширение диапазона регулирования и снижение неравномерности движения электрогидравлического привода.
Известные отечественные аналоги построены на устаревшей элементной базе и/или используют устаревшие алгоритмы управления, и не могут отвечать в полной мере современным требованиям, предъявляемым к электрогидравлическим приводам. Зарубежные аналоги значительно превосходят в цене разрабатываемое устройство. Поэтому возникает необходимость создания новых схемотехнических решений и алгоритмов для реализации системы управления электрогидравлическим приводом с более высокими технико-экономическими параметрами по сравнению с конкурентами.
В процессе исследований была разработана программа для микроконтроллера управления гидроцилиндрами [16, 26].
Разработанная программа предназначена для управления пропорциональным гидроприводом и содержит следующие модули:
1. Установки начального смещения двух ШИМ-сигналов;
2. Согласованного управления двух ШИМ;
3. Управляемого смещения двух ШИМ-сигналов относительно друг друга;
4. Нормализации сигналов управления.
Модуль установки начального смещения двух ШИМ-сигналов обеспечивает начальное смещение ШИМ-сигналов. Это необходимо для компенсации зоны нечувствительности в характеристике управления гидроцилиндром. Зона нечувствительности присутствует во всех подобных гидравлических узлах, но величина зоны зависит от конкретных механизмов и условий работы. Поэтому в процессе настройки под конкретный объект управления необходимо использовать возможность подстройки смещения с