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基于模糊和PID控制的電弧爐直流電源研究

  本文針對真空電弧爐直流電源在熔煉階段數字PID 控制存在電流超調與響應速度矛盾的問題,提出了模糊控制和PID 控制相結合的控制策略,著重介紹了模糊控制方法的應用,并在Matlab 中對單個電源模塊進行仿真。實驗結果證明了這種控制方式的可行性和優勢,具有良好的應用前景,且符合直流電源智能化、模塊化的發展趨勢。
  
  真空電弧爐是金屬熔煉的重要設備,而高效、穩定的直流供電電源是保證電弧爐正常運行的關鍵。電弧爐可分為起弧、熔煉、補縮等工作階段。空載起弧時,真空電弧爐的起弧電壓一般為50 V~80 V,既需要防止起弧電壓過低無法啟動,又需要抑制過高的電壓損壞坩堝。所以實際操作中,起弧時應采用電壓閉環調節,而熔煉中應采用電流閉環,以構成穩定度好的恒流控制。目前冶金行業大多采用經典的PID 調節器,本文根據模糊控制理論,著重針對電流閉環提出了一種模糊控制和PID 控制相結合的控制方法。
  
  1、直流電源主電路結構
  
  小型化是直流電源發展趨勢之一,在此本文介紹一種小型電源模塊的結構。三相交流經三相不可控整流變為直流,然后在全橋逆變電路轉化為高頻脈沖,再經高頻變壓器降壓,z*后全波整流,輸出直流電供電弧爐使用。輸入380 V 的交流電,輸出直流電流1 kA,輸出電壓20 V~50 V。C1 為輸入濾波電容,Lf 和Cf 構成輸出LC 濾波環節,T1~T5 為五個高頻變壓器。其中全橋逆變電路由TMS320F2812 控制,是整個電路的核心。綜合設備輸出參數要求及經濟性,我們選用IGBT 為逆變功率元件。

模糊和PID控制的電弧爐電源研究
  
  圖1 單個電源模塊主電路原理圖
  
  4、實驗環節與結論
  
  本文利用Matlab/Simulink 仿真軟件對模糊和PID 算法控制的電流環進行仿真,額定輸出電流1 kA,電壓20 V~50 V。仿真結果如圖8,實驗仿真結果表明模糊控制和PID 控制相結合的方法有良好的控制結果,響應速度快,且穩態精度高,超調較小。本文從理論上證明了模糊控制和PID 控制的可行性和優勢。但由于在仿真中很多元器件都是理想模型,與實際使用的元件存在偏差,在實際需要通過查看實際輸出電壓和電流進行調整。同時本文未考慮電磁干擾可能對控制電路的影響,這也是實際調試時需要考慮的問題。

模糊和PID控制的電弧爐電源研究
  
  圖8 實驗電流波形圖
標簽: 模糊PID控制電弧爐電源  

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