电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件的设计与开发

论文摘要

电熔镁砂是一种熔点高、抗氧化性和抗渣性强的高级耐火材料,被广泛用于航空航天、核工业、冶金等领域,其生产制备方法主要为电熔法,主要生产设备是电熔镁炉,主要控制目标是稳定熔炼电流和降低产品单吨能耗。在电熔镁砂的熔炼过程中,外界扰动频繁,生产环境恶劣,对复杂控制算法的要求较高,而现有PLC等传统控制器难以实现复杂控制算法,电熔镁砂冶炼还存在稳定可靠性较差、产品能耗较高等难点。本文在国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“复杂生产制造过程一体化控制系统理论和技术基础研究”的支持下,结合电熔镁炉的控制目标,针对现有的控制软件对复杂控制算法的支持度明显不足的现状和电熔镁炉的控制难点,借助嵌入式控制器和使用运行优化控制算法,研究开发了电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件,并在工业现场得到了验证,本文主要工作归纳如下：(1)结合电熔镁炉的熔炼过程和需求分析,设计了电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件的架构,并进行相应的硬件和软件平台选型；(2)结合电熔镁炉的需求分析,对电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件进行了功能设计；(3)使用相应软件依次开发了电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件所设计的各项功能,开发了数据采集模块、数据处理模块、控制算法模块、数据输出模块、监控模块和数据上传模块；(4)对所设计开发的电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件进行了系列实验,包括基于RTW和外部模式的实时仿真实验、基于MATLAB的电熔镁炉半实物仿真实验平台实验以及工业现场验证等,验证了该系统软件的可靠性和控制的有效性,能实现既定的控制目标——稳定控制三相电流和降低单吨能耗,有效节约成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 电熔镁炉控制系统的研究现状
• 1.3 电熔镁炉嵌入式控制系统
• 1.4 本文的主要研究工作及组织结构
• 第2章 电熔镁炉工艺描述
• 2.1 引言
• 2.2 电熔镁炉工艺介绍
• 2.2.1 电熔镁炉结构
• 2.2.2 电熔镁炉工艺描述
• 2.2.3 电熔镁炉控制系统的控制目标与难点
• 2.3 本章小结
• 第3章 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件的总体架构
• 3.1 引言
• 3.2 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件的需求分析
• 3.3 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件的架构设计
• 3.3.1 软件架构设计
• 3.3.2 软件平台介绍
• 3.3.3 硬件平台介绍
• 3.4 本章小结
• 第4章 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件功能设计
• 4.1 引言
• 4.2 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件功能简述
• 4.3 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件功能设计
• 4.3.1 数据采集模块的设计
• 4.3.2 数据处理模块的设计
• 4.3.3 控制算法模块的设计
• 4.3.4 数据输出模块的设计
• 4.3.5 嵌入式控制器监控界面的设计
• 4.3.6 嵌入式控制器数据上传模块的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件开发
• 5.1 引言
• 5.2 数据采集模块的开发
• 5.3 数据处理模块的开发
• 5.4 控制算法模块的开发
• 5.4.1 底层控制子模块的开发
• 5.4.2 优化设定子模块的开发
• 5.5 数据输出模块的开发
• 5.6 嵌入式控制器监控界面的开发
• 5.7 嵌入式控制器数据上传模块的开发
• 5.8 本章小结
• 第6章 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件测试与验证
• 6.1 引言
• 6.2 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件实时仿真验证
• 6.2.1 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件的实时仿真环境
• 6.2.2 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件的实时仿真验证
• 6.3 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件半实物仿真验证
• 6.3.1 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件半实物仿真验证平台搭建
• 6.3.2 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件半实物仿真实验设计
• 6.3.3 仿真实验的结果分析
• 6.4 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件工业现场应用验证
• 6.4.1 工业验证现场的相关硬件配置
• 6.4.2 电熔镁炉专用嵌入式运行优化控制系统软件工业现场应用验证方案
• 6.4.3 工业现场应用验证的结果分析
• 6.4.4 与没有运行优化控制系统软件控制效果对比及分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间科研工作、发表的论文及获奖情况