基于冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法研究

顧黎昊

（江蘇蘇美達(dá)成套設(shè)備工程有限公司，江蘇 南京 210018）

冶金的化工過程是冶金工業(yè)的主要過程，冶金工業(yè)就是從自然中的礦石提取出所需的金屬或金屬化合物，再采用一定的加工方法將提取出的金屬制成具有一定性能的金屬材料的過程和工藝。冶金的化工過程主要包括：干燥、焙解、焙燒、熔煉、精煉、冷凝和蒸餾等過程[1]。在這些過程中礦石經(jīng)過高溫發(fā)生一系列的化學(xué)變化，從而提取出所需的金屬等成分。在冶金的化工過程中機(jī)械電氣控制方法的設(shè)備較為龐大復(fù)雜，在冶金過程中工作環(huán)境也比較惡劣，受到的干擾大，因此機(jī)械電氣控制難以有效的實(shí)現(xiàn)。在冶金的化工過程中機(jī)械電氣控制主要包括的內(nèi)容有電機(jī)控制和穩(wěn)壓抗干擾控制兩個(gè)方面，其中穩(wěn)壓抗干擾控制是冶金的化工過程的關(guān)鍵。在現(xiàn)代的發(fā)展中機(jī)械電氣控制方法主要有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方法、BP控制方法與模糊反饋線性控制方法等等，但這些方法在實(shí)際操作中都有其自身的不足[2]。因此，本文提出基于冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法的研究，為促進(jìn)冶金工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。

1 基于冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法

1.1 設(shè)計(jì)基于冶金的化工過程機(jī)械電氣控制模型

對(duì)基于冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，首先要構(gòu)建冶金的化工過程中機(jī)械電氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的模型，再對(duì)雙向逆變穩(wěn)壓補(bǔ)償模糊PID控制算法進(jìn)行設(shè)計(jì)[3]，從而在理論上實(shí)現(xiàn)對(duì)冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法的改進(jìn)，構(gòu)建算法模型。

根據(jù)實(shí)際控制操作的過程中相關(guān)硬件模型和設(shè)計(jì)的情況，對(duì)冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法的建模需要以下方法與過程。將傳統(tǒng)方法中雙向穩(wěn)壓的PWM整流器的形式設(shè)計(jì)為全橋式，將冶金的化工過程的電力控制模型設(shè)置為以下條件：①保證機(jī)械電氣控制設(shè)備的電路磁性均勻分布；②機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的電壓在工作中可以根據(jù)工作需要在短時(shí)間內(nèi)切斷[4]。在冶金電力的負(fù)載情況下需要保證電路中存在一定的慣性。在上述條件設(shè)置完成后，繼續(xù)設(shè)置其他機(jī)械電氣控制設(shè)備，對(duì)于恢復(fù)器串聯(lián)側(cè)設(shè)備中可以采用負(fù)載雙向補(bǔ)償控制的方式，將參考電壓與負(fù)載側(cè)的電壓控制到相同的數(shù)值，進(jìn)而采用PID的機(jī)械電氣控制方式，對(duì)冶金電力控制規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。并通過對(duì)功率激勵(lì)式模型的分析，可以完成對(duì)冶金的化工過程機(jī)械電氣控制結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)，此時(shí)系統(tǒng)的輸入功率W為：

在上述公式中n表示輸入功率。在冶金的化工過程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)中采用常規(guī)的PID控制器對(duì)機(jī)械電氣控制設(shè)備進(jìn)行控制，假設(shè)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)在t時(shí)刻的電流誤差發(fā)生急劇的變化，且變化值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于允許范圍之內(nèi)的最大值，在冶金的化工過程機(jī)械電氣控制規(guī)則中，主要包括“負(fù)大”、“負(fù)小”、“零”、“正小”與“正大”這幾種不同的情況。并且這些變量的取值范圍是相同的，這一工作模式可以用下述公式表示：

在這一公式中，Wj表示冶金的化工過程機(jī)械電氣控制過程中的電壓值；Sf表示與其相對(duì)應(yīng)的電流值；Ps表示與其相對(duì)應(yīng)的電阻值；θ表示為冶金的化工過程機(jī)械電氣控制設(shè)備的旋轉(zhuǎn)角度[5]。在對(duì)冶金的化工過程機(jī)械電氣控制結(jié)構(gòu)建模后，其具體的控制方法為以下步驟。首先將機(jī)械電氣控制設(shè)備的參數(shù)初始化，將相對(duì)應(yīng)的電力值通過公式計(jì)算出來。其次要修改定值，根據(jù)需要選擇模糊控制器與PID控制器，在通過不同控制器的數(shù)據(jù)處理后，打開軟件轉(zhuǎn)換開關(guān)。最后將控制量輸出，從而完成整個(gè)冶金的化工過程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的操作。

綜上所述，基本實(shí)現(xiàn)了冶金的化工過程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)模糊PID控制，但是根據(jù)上述闡釋可以看出，采用神經(jīng)元模糊控制的方法更多的是考慮有源單周控制，對(duì)于大型冶金的化工過程的機(jī)械電氣控制穩(wěn)壓補(bǔ)償和抗干擾性能不好，需要進(jìn)行進(jìn)一步的算法改進(jìn)。

1.2 實(shí)現(xiàn)基于冶金的化工過程機(jī)械電氣控制

根據(jù)上述算法模型的建立，對(duì)冶金的化工過程機(jī)械電氣控制進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，通過采用雙向逆變穩(wěn)壓補(bǔ)償模糊PID控制來改進(jìn)冶金化工過程的最優(yōu)機(jī)械電氣控制方法。為了對(duì)干擾控制率進(jìn)行計(jì)算，將首先采用高階滑模控制方法，將被測(cè)系統(tǒng)的不直接可測(cè)試狀態(tài)的變量輸入，并根據(jù)上述公式（1）即可得到冶金的化工過程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的干擾控制率的非線性微分方程的表達(dá)式：

其中，fx(X,t)、fθ(X,t)、gx(X,t)、gθ(X,t)都是機(jī)械電氣控制滑?？刂聘蓴_項(xiàng)，在復(fù)雜的操作環(huán)境中需要進(jìn)行干擾控制，在進(jìn)行干擾控制中選取SPIDNN為學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，這一學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)三層前向神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)為2×3×1[6]。

在SIPDNN的神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)中的第j個(gè)神經(jīng)元來說，總輸入netj等于和它相連的不同支路的輸出量x1，x2，…，xn與權(quán)重w1j，w2j，…，wnj相乘后的總和，即為 ：

其中netj表示總輸入量，wij表示權(quán)重，xn表示不同支路的輸出量。針對(duì)本文所使用的雙向逆變穩(wěn)壓補(bǔ)償模糊PID控制方法，將會(huì)得到輸出層神經(jīng)元的輸出函數(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的其他神經(jīng)元的輸出函數(shù)相同[7]。通過計(jì)算機(jī)組最大功率跟蹤運(yùn)行狀態(tài)下電流矢量數(shù)據(jù)的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法的最優(yōu)優(yōu)化。

2 仿真實(shí)驗(yàn)

為了保證本文設(shè)計(jì)的冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法的有效性，下面將對(duì)該方法設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，同時(shí)為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將采用傳統(tǒng)的機(jī)械電氣控制方法與冶金的化工過程的機(jī)械電氣控制方法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比兩種技術(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

在該仿真實(shí)驗(yàn)中將利用abaqus在計(jì)算機(jī)上建立測(cè)試虛擬樣機(jī)，以保證對(duì)冶金的化工過程的在線仿真，得出機(jī)械電氣控制方法的性能。在本文將abaqus這一軟件引用到機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)中，利用abaqus軟件建立模糊數(shù)據(jù)庫、模糊知識(shí)庫和模糊推理機(jī)這些方面。在對(duì)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，將利用abaqus軟件將程序下載到嵌入式系統(tǒng)中，通過使用232串線或USB等方式，從而完成對(duì)機(jī)械電氣控制系統(tǒng)的性能測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)中機(jī)械電氣控制設(shè)備的輸入電壓為380V，在實(shí)驗(yàn)中測(cè)試輸入電流、基準(zhǔn)電壓、輸出電壓和輸出電流得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表1 輸入電壓為380V的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

為了對(duì)比傳統(tǒng)方法與本文提出的基于冶金化工過程的機(jī)械電氣控制方法的有效性，得到控制準(zhǔn)確度輸出結(jié)果如圖所示。

根據(jù)1圖可以看出，冶金化工過程下的機(jī)械電氣控制方法的準(zhǔn)確度與傳統(tǒng)的機(jī)械電氣控制方法的準(zhǔn)確度有明顯的不同，冶金化工過程下的機(jī)械電氣控制方法的準(zhǔn)確度較傳統(tǒng)方法下機(jī)械電氣控制方法的準(zhǔn)確度有大幅度提升與穩(wěn)定，這一結(jié)果表明冶金化工過程下的機(jī)械電氣控制方法有較高的有效性。因此，冶金化工過程下的機(jī)械電氣控制方法具有較高的有效性與穩(wěn)定性，可以進(jìn)行大范圍的推廣，對(duì)我國(guó)機(jī)械電氣工程的發(fā)展具有促進(jìn)作用。

圖1 準(zhǔn)確度對(duì)比

3 結(jié)束語

本文對(duì)基于冶金的化工過程機(jī)械電氣控制方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析，依托冶金的化工過程，改進(jìn)了機(jī)械電氣控制方法，使機(jī)械電氣控制方法得到了有效的提升。這一方法的提出促進(jìn)了我國(guó)機(jī)械電器工業(yè)的發(fā)展，保證了機(jī)械電氣工業(yè)的工作質(zhì)量，為機(jī)械電氣工業(yè)的發(fā)展提供了新的發(fā)展思路與途徑。但本文對(duì)于冶金的化工過程認(rèn)識(shí)尚不全面，提出了機(jī)械電氣控制方法有待完善。因此，在今后的研究中將繼續(xù)著眼于冶金的化工過程，提出更加科學(xué)的機(jī)械電氣控制方法，為我國(guó)的機(jī)械電氣工程的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)與實(shí)踐案例。