板坯连铸电磁搅拌控制系统的研究与实现

论文摘要

板坯连铸电磁搅拌技术由于具有无接触搅拌，使钢坯成分均匀，缩短熔炼时间，减少熔渣的产生等优点，已经成为提高连铸系统产品质量的一个关键性技术。变频电源是板坯电磁搅拌控制系统中重要组成部分，精确的对变频电源控制是提高系统安全稳定性和运行质量的重要手段。本文根据湖南中科电气有限公司的要求，研究设计了板坯电磁搅拌变频电源控制系统。本文首先介绍了板坯电磁搅拌系统的构成，对系统的各个重要组成部分做了描述，并给出了几个重点。本文随后对板坯电磁搅拌系统的变频电源部分进行了研究分析，给出了板坯电磁搅拌器的数学模型。以数学模型为基础，提出了一种基于电流闭环PWM技术的板坯电磁搅拌器的控制策略。该策略通过对实际电流和给定电流的瞬时比较，完成对板坯电磁搅拌器电流和频率的解耦控制，并通过利用SPWM调制算法，使得三相三桥臂变频电源能够输出低频相位相差90度的两相正交交流电流，实现恒流源控制特性。然后本文对板坯变频电源的硬件和软件实现进行了深入的分析，控制器采用TI公司生产的用于电机控制的专用芯片—TMS320F2812，来实现快速的算法运算。详细的介绍了变频电源的控制电路和驱动板电路，并对两电路的各主要部分做了详细的介绍，给出了电路原理图。其次，软件是板坯变频电源的重要组成部分，也是课题研究的主要内容之一，在TMS320F2812的软件集成开发环境中设计实现了系统的各个软件模块，实现了交流采样、SPWM调制、远程监控和系统保护等功能。最后通过试验验证本控制方案是切实可行的，且系统中DSP的高速处理控制能力可以有效地提高整个系统的动态性能和控制精度。同时通过实际应用表明，电磁搅拌技术可以明显改善铸坯的凝固组织，提高铸坯的内部质量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 本文相关内容国内外研究现状
• 1.2.1 电磁搅拌技术国内外研究现状
• 1.2.2 变频电源国内外研究现状
• 1.3 电磁搅拌的冶金效果
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 板坯电磁搅拌系统整体设计
• 2.1 连铸及电磁搅拌器工作原理
• 2.1.1 连铸原理
• 2.1.2 电磁搅拌器工作原理
• 2.2 板坯电磁搅拌系统构成
• 2.3 板坯电磁搅拌系统参数设计
• 2.3.1 电磁搅拌棍感应器参数设计
• 2.3.2 供电及变频电源参数设计
• 2.3.3 循环水系统参数设计
• 2.3.4 远程监控拓扑设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 板坯变频电源控制策略
• 3.1 板坯电磁搅拌系统数学模型
• 3.2 板坯电磁搅拌变频电源 SPWM 调制
• 3.3 板坯变频电源频率和电流控制
• 3.4 本章小结
• 第4章 板坯变频电源硬件设计
• 4.1 电磁搅拌变频电源整体设计及控制芯片选择
• 4.1.1 电磁搅拌变频电源整体设计
• 4.1.2 控制芯片选择
• 4.2 板坯电磁搅拌变频电源控制电路设计
• 4.2.1 采样电路
• 4.2.2 通信电路
• 4.2.3 开关量电路
• 4.2.4 液晶显示电路
• 4.2.5 电流保护电路
• 4.2.6 频率检测电路
• 4.3 板坯电磁搅拌变频电源驱动板电路设计
• 4.3.1 信号输入调理电路
• 4.3.2 IGBT 驱动保护电路
• 4.4 本章小结
• 第5章 控制系统软件设计及实验结果分析
• 5.1 控制软件实现的基本功能
• 5.2 控制软件的实现
• 5.2.1 主程序设计
• 5.2.2 AD 转换模块
• 5.2.3 SPWM 波形产生模块
• 5.2.4 液晶显示模块
• 5.2.5 通讯模块
• 5.2.6 频率测量模块
• 5.2.7 保护功能模块
• 5.2.8 正反转控制模块
• 5.2.9 PI 调节模块
• 5.3 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
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