CN102605142A - 一种钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，属于炼钢炉外精炼自动化技术领域。A、其通过循环队列对实际检测的二次电流做平均值滤波；B、然后通过统计计算出电流队列在各个电流值上采样的电流的个数，以计算电流稳定系数来间接反映电弧加热钢水反应的剧烈程度；C、根据上述计算出的电流稳定系数通过线性插值计算得出电极调节器的比例系数。该计算方法实现过程简单，不增加现有电极调节器的硬件设备，可满足钢包精炼炉电极调节器比例系数随冶炼状况变化自动整定计算的功能，提高了电极调节的稳定性和灵敏性。

Description

一种钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法

技术领域

 本发明涉及炼钢炉外精炼自动化技术领域，尤其涉及一种钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法；其适用于钢包精炼炉电极调节器比例系数的整定和设置，也适用于炼钢电弧炉电极调节器比例系数的整定和设置。

背景技术

 钢包精炼炉是一种利用电弧加热钢水，实现钢水温度和成分微调的炼钢炉外精炼设备。钢包精炼炉的电极调节器根据检测到的钢包精炼炉变压器的二次电压信号和二次电流信号，采用一定的调节控制算法，驱动电极顶升机构，改变电极离开钢水液面的距离，稳定电弧长度，将电弧功率输入到钢液内以加热钢水实现对钢液温度的调整。

现有钢包炉电极调节器多采用基于阻抗控制或弧流控制的比例积分反馈控制算法。其中调节器比例系数的设置合理与否是决定电极调节器响应快速性、灵敏性、稳定性等调节性能指标的关键。在钢包炉冶炼的不同阶段，对调节器比例系数的设置有不同的要求：在冶炼前期的化渣期，钢渣反应剧烈，冶炼电流波动频繁，需要小比例系数，以保证调节的稳定性；在冶炼后期的升温期和保温期，反应相对平稳，冶炼电流波动较小，需要大比例系数，以保证调节的快速性和灵敏性；当冶炼过程中发生过流、短路等突发扰动因素时，需要降低比例系数以保证调节的稳定性。

目前现有的电极调节器比例系数的设置和整定方法，要么多凭人工经验设定，在生产过程中为定值，不做变化调整或由操作人员在操作画面上依据个人经验手动操作调整，调整不方便且控制效果难以保证；要么采用复杂的模糊推理、神经网络等人工智能算法，需要昂贵的二级计算机软件和硬件的支持，且知识库的数据积累和学习过程时间长，控制性能的改善见效慢，通用性较差。

发明内容

 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，根据钢包精炼炉电极冶炼加热钢水的工作状态自动计算出合适的电极调节器比例系数，以提高电极调节器调节控制的灵敏性和稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，该方法包括：

A、通过为实际检测的二次电流建立循环队列，对电流做平均值滤波；

B、建立电流统计分布数组，统计所述二次电流在各个电流值上的采样个数，计算电流稳定系数；

C、根据所述电流稳定系数进行线性插值计算，得出所述调节器比例系数。

步骤C之后进一步包括：

D、根据工艺状态复位电流循环队列和电流统计分布数组；

其中，所述步骤A具体为：为二次电流检测值设置循环队列，求出循环队列中的最新电流采样值、最旧电流采样值、队列平均电流值；

所述步骤B具体为：建立电流统计分布数组，根据所述的最新电流采样值、最旧电流采样值统计出不同电流值对应的采样个数，并以所述队列平均电流值为中心，窗口大小为半径的电流范围值内的电流采样的个数占电流总采样个数的比例，计算出电流稳定系数，以该指标反映电极加热钢水反应的剧烈程度。

所述步骤C具体为：对所述的电流稳定系数作限幅处理后，在允许的最小比例系数和最大比例系数之间按线性插值公式，计算出电极调节器实际使用的比例系数，所述实际使用的比例系数K_{p_actual}为：

；

其中：K_{p_min}<K_{p_max}，G_Llim<G_Hlim；K_{p_max}为最大比例系数， K_{p_min}为最小比例系数； G_{au_act}为实际电流稳定系数； G_Llim为电流稳定系数下限； G_Hlim为电流稳定系数上限。

所述步骤D包括:若冶炼工艺条件不满足比例系数自整定计算条件，则对所述的步骤A中的循环队列和步骤B中的电流统计分布数组复位清零。

上述步骤A~步骤D为一相电极比例系数自整定计算方法。在钢包炉电极调节器中采用三组算法相同、参数相同但各自相互独立的比例系数自整定计算方法，分别整定计算三相电极调节器的比例系数，即每相电极均分别执行步骤A~步骤D的整定计算方法。

本发明所提供的钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，具有以下优点：

本发明具有算法实现过程相对简单，不增加现有钢包精炼炉电极调节器的硬件设备，不受电极调节器具体控制算法的限制（即既适用于弧流控制算法，也适用于阻抗控制算法），可显著提高电极调节器调节稳定性和灵敏性等优点。

附图说明

图1为本发明钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法的总体流程图。

图2为二次电流做队列平均值滤波的流程图。

图3为统计二次电流在各个电流值上的采样个数，计算电流稳定系数的流程图。

图4为根据电流稳定系数计算调节器比例系数的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

图1为本发明钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法的流程图，如图1所示，该方法主要包括：通过为实际检测的二次电流建立循环队列，对电流做平均值滤波；统计所述二次电流在各个电流值上的采样个数，计算电流稳定系数；根据所述电流稳定系数进行线性插值计算，得出所述调节器比例系数。其详细过程结合图2、图3及图4，分别描述如下。

步骤11：由循环队列求得钢包精炼炉最新二次电流采样值、最旧二次电流采样值、二次电流平均值。其过程如图2所示，包括如下步骤：

步骤111：为钢包炉二次电流采样值建立一个循环队列，该循环队列的队首指针和队尾指针相互重合，队列指针记为p(1≤p≤N)，其中N为循环队列的设定采样长度，循环队列中实际已采样二次电流个数记为n₁。

步骤112：获取最旧二次电流采样值：取循环队列指针p所指向的二次电流值为最旧二次电流采样值I_old，循环队列电流总和I_sum减去最旧电流采样值I_old后为新的队列电流总和I_sum，即I_sum=I_sum-I_old。

步骤113：获取最新二次电流采样值：将外部检测元件采集的二次电流采样值I_new存入指针p指向的队列元素中，循环队列二次电流总和I_sum加上最新电流采样值I_new为更新后的队列电流总和I_sum，即I_sum=I_sum+I_new，队列中实际的电流采样个数n₁=n₁+1。

步骤114：更新队列满标志位：如果实际二次电流采样个数n₁>=N设定队列长度，则将实际电流采样个数固定到队列设定长度值N,即n₁=N，且循环队列满标志位Q_full=true，如果n₁<N,则循环队列满标志位Q_full=false。

步骤115：更新循环队列指针：队列指针p=p+1，如果队列指针p>N，则p=1。

步骤116：计算循环队列的电流平均值I_avg：I_avg= I_sum/n₁。

步骤12：统计电流分布，计算电流稳定系数。其过程如图3所示，包括如下步骤：

步骤121：为电流统计分布建立一个一维数组Dis[1..100],数组下标为1~100，分别统计从0kA~99kA的电流采样的个数，已统计电流分布的二次电流总个数记为n₂。

步骤122：更新最新二次电流采样值I_new的已统计采样个数：取出最新电流采样值I_new的采样个数Dis[I_new+1]存储单元中的存储个数值，将存储个数值+1后回存到Dis[I_new+1]存储单元中，已统计电流分布的电流个数n₂=n₂+1。

步骤123：更新最旧二次电流采样值I_old的已统计采样个数: 取出最旧电流采样值I_old的采样个数Dis[I_old+1]存储单元中的存储个数值，如果该存储个数值大于零则将该值-1后回存到Dis[I_old+1]存储单元中，已统计电流分布的电流个数n₂=n₂-1；如果该存储个数值小于等于零则不做任何处理。

步骤124：对队列平均电流做上限幅处理：如果平均电流值I_avg≥99kA,则I_avg=99kA。

步骤125：计算电流分布统计偏差窗口电流I_Δ： I_Δ=(win/2)*(I_avg/100)，其中win为设定窗口宽度。

步骤126： 计算电流统计分布下限电流值I_{class_min}：I_{class_min}=I_avg-I_Δ，并将I_{class_min}下限幅至0kA。

步骤127：计算电流统计分布上限电流值I_{class_max}：I_{class_max}=I_avg+I_Δ，并将I_{class_max}上限幅至99kA。

步骤128：计算电流统计分布下限电流和电流统计分布上限电流范围内电流采样值的个数n₃：即将电流统计分布数组Dis[]从下标I_{class_min}到下标I_{class_max}的全部元素求和，得到以平均电流值I_avg为中心，I_Δ为半径范围的电流采样个数n₃。

步骤129：计算实际电流稳定系数G_{au_act}: G_{au_act}=n₃/n₂*100,该电流稳定系数反映了分布在电流平均值附近的电流采样值的多少，即间接反映了电弧加热钢水的反应剧烈程度（电流稳定系数越大，则电流变化越小，加热反应越平稳；反之电流稳定系数越小，则电流变化越大，加热反应越剧烈）。

步骤13：根据电流稳定系数计算电极调节器比例系数。其过程如图4所示，包括如下步骤：

步骤131：对电流稳定系数下限G_Llim做限幅处理：将G_Llim限幅在0~100之间；

步骤132：对电流稳定系数上限G_Hlim做限幅处理：将G_Hlim限幅在0~100之间；

步骤133：对实际电流稳定系数G_{au_act}做限幅处理：若G_{au_act}≥G_Hlim，则G_{au_act}=G_Hlim；若G_{au_act}≤G_Llim，则G_{au_act}=G_Llim；若G_Llim <G_{au_act}<G_Hlim，则G_{au_act}保持不变。

步骤134：若队列满标志位Q_full=false，则实际比例系数K_{p_actual}=K_{p_min}最小比例系数。

步骤135：若队列满标志位Q_full=true，则在最大比例系数K_{p_max}和最小比例系数K_{p_min}之间按线性插值计算公式计算出电极调节器实际需要使用的比例系数K_{p_actual}。

式中需满足K_{p_min}<K_{p_max}，G_Llim<G_Hlim。

步骤14：根据工艺状态复位电流循环队列和电流统计分布数组

步骤141：如果电极处于振颤状态或处于非自动调节状态，则不具备比例系数自整定计算条件，需要对电流循环队列和电流分布统计数组复位。

步骤142：电流循环队列复位时，循环队列中的各个元素清零，最新采样值I_new、最旧采样值I_old、电流平均值I_avg、实际采样个数n₁均清零。

步骤143：电流分布统计数组复位时，数组Dis[1..100]从下标1到下标100的各元素全部清零，实际统计元素个数n₂=n₃=0。

步骤15：由于钢包炉有三根电极，因此采用三组算法完全相同、参数完全相同（参数包括循环队列长度N, 设定窗口宽度win，电流稳定系数上限G_Hlim,电流稳定系数下限G_Llim，最大比例系数K_{p_max}，最小比例系数K_{p_min}共6个参数，三相电极的参数完全相同），但各自相互独立的比例系数自整定计算方法，分别自整定计算三相电极的调节器比例系数，以共同完成钢包炉电极调节的任务。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，其特征在于，该方法包括：

A、为实际检测的二次电流建立循环队列，对电流做平均值滤波；

B、建立电流统计分布数数组，统计所述二次电流在各个电流值上的采样个数，计算电流稳定系数；

C、根据所述电流稳定系数进行线性插值计算，得出所述调节器比例系数。

2.根据权利要求1所述的钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，其特征在于，步骤C之后进一步包括：

D、根据工艺状态复位电流循环队列和电流统计分布数组；

根据权利要求1所述的钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，其特征在于，所述步骤A具体为：为二次电流检测值建立循环队列，求出循环队列中的最新电流采样值、最旧电流采样值、队列平均电流值。

3.根据权利要求1所述的钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，其特征在于，所述步骤B具体为：建立电流统计分布数组，根据所述的最新电流采样值、最旧电流采样值统计出不同电流值对应的采样个数，并以所述队列平均电流值为中心，窗口大小为半径的电流范围值内的电流采样的个数占电流总采样个数的比例，计算出电流稳定系数，以该指标反映电极加热钢水反应的剧烈程度。

4.根据权利要求1所述的钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，其特征在于，所述步骤C具体为：对所述的电流稳定系数作限幅处理后，在允许的最小比例系数和最大比例系数之间按线性插值公式，计算出电极调节器实际使用的比例系数，所述实际使用的比例系数K_{p_actual}为：

；

其中：K_{p_min}<K_{p_max}，G_Llim<G_Hlim；K_{p_max}为最大比例系数， K_{p_min}为最小比例系数； G_{au_act}为实际电流稳定系数； G_Llim为电流稳定系数下限； G_Hlim为电流稳定系数上限。

5.根据权利要求1所述的钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，其特征在于，若冶炼工艺条件不满足比例系数自整定计算条件，则对所述的步骤A中的循环队列和步骤B中的电流统计分布数组复位清零。

6.根据权利要求1所述的钢包精炼炉电极调节器比例系数自整定计算方法，其特征在于：在钢包炉电极调节器中采用三组算法相同、参数相同但各自相互独立的比例系数自整定计算方法，分别整定计算三相电极调节器的比例系数，即每相电极都执行步骤A~步骤D的比例系数自整定计算方法。

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