基于冶金的化工過程機械電氣控制方法研究

顧黎昊

（江蘇蘇美達成套設備工程有限公司，江蘇 南京 210018）

冶金的化工過程是冶金工業的主要過程，冶金工業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過高溫發生一系列的化學變化，從而提取出所需的金屬等成分。在冶金的化工過程中機械電氣控制方法的設備較為龐大復雜，在冶金過程中工作環境也比較惡劣，受到的干擾大，因此機械電氣控制難以有效的實現。在冶金的化工過程中機械電氣控制主要包括的內容有電機控制和穩壓抗干擾控制兩個方面，其中穩壓抗干擾控制是冶金的化工過程的關鍵。在現代的發展中機械電氣控制方法主要有神經網絡控制方法、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械電氣控制方法的研究，為促進冶金工業的發展具有重要的意義。

1 基于冶金的化工過程機械電氣控制方法

1.1 設計基于冶金的化工過程機械電氣控制模型

對基于冶金的化工過程機械電氣控制方法進行設計時，首先要構建冶金的化工過程中機械電氣系統結構的模型，再對雙向逆變穩壓補償模糊PID控制算法進行設計[3]，從而在理論上實現對冶金的化工過程機械電氣控制方法的改進，構建算法模型。

根據實際控制操作的過程中相關硬件模型和設計的情況，對冶金的化工過程機械電氣控制方法的建模需要以下方法與過程。將傳統方法中雙向穩壓的PWM整流器的形式設計為全橋式，將冶金的化工過程的電力控制模型設置為以下條件：①保證機械電氣控制設備的電路磁性均勻分布；②機械電氣控制系統的電壓在工作中可以根據工作需要在短時間內切斷[4]。在冶金電力的負載情況下需要保證電路中存在一定的慣性。在上述條件設置完成后，繼續設置其他機械電氣控制設備，對于恢復器串聯側設備中可以采用負載雙向補償控制的方式，將參考電壓與負載側的電壓控制到相同的數值，進而采用PID的機械電氣控制方式，對冶金電力控制規則進行設計。并通過對功率激勵式模型的分析，可以完成對冶金的化工過程機械電氣控制結構模型進行數學模型設計，此時系統的輸入功率W為：

在上述公式中n表示輸入功率。在冶金的化工過程機械電氣控制系統中采用常規的PID控制器對機械電氣控制設備進行控制，假設機械電氣控制系統在t時刻的電流誤差發生急劇的變化，且變化值遠遠大于允許范圍之內的最大值，在冶金的化工過程機械電氣控制規則中，主要包括“負大”、“負小”、“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械電氣控制過程中的電壓值；Sf表示與其相對應的電流值；Ps表示與其相對應的電阻值；θ表示為冶金的化工過程機械電氣控制設備的旋轉角度[5]。在對冶金的化工過程機械電氣控制結構建模后，其具體的控制方法為以下步驟。首先將機械電氣控制設備的參數初始化，將相對應的電力值通過公式計算出來。其次要修改定值，根據需要選擇模糊控制器與PID控制器，在通過不同控制器的數據處理后，打開軟件轉換開關。最后將控制量輸出，從而完成整個冶金的化工過程機械電氣控制系統的操作。

綜上所述，基本實現了冶金的化工過程機械電氣控制系統模糊PID控制，但是根據上述闡釋可以看出，采用神經元模糊控制的方法更多的是考慮有源單周控制，對于大型冶金的化工過程的機械電氣控制穩壓補償和抗干擾性能不好，需要進行進一步的算法改進。

1.2 實現基于冶金的化工過程機械電氣控制

根據上述算法模型的建立，對冶金的化工過程機械電氣控制進行實現，通過采用雙向逆變穩壓補償模糊PID控制來改進冶金化工過程的最優機械電氣控制方法。為了對干擾控制率進行計算，將首先采用高階滑模控制方法，將被測系統的不直接可測試狀態的變量輸入，并根據上述公式（1）即可得到冶金的化工過程機械電氣控制系統的干擾控制率的非線性微分方程的表達式：

其中，fx(X,t)、fθ(X,t)、gx(X,t)、gθ(X,t)都是機械電氣控制滑模控制干擾項，在復雜的操作環境中需要進行干擾控制，在進行干擾控制中選取SPIDNN為學習網絡，這一學習網絡是一個三層前向神經元網絡，其結構為2×3×1[6]。

在SIPDNN的神經元網絡中的第j個神經元來說，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表示權重，xn表示不同支路的輸出量。針對本文所使用的雙向逆變穩壓補償模糊PID控制方法，將會得到輸出層神經元的輸出函數與神經網絡中的其他神經元的輸出函數相同[7]。通過計算機組最大功率跟蹤運行狀態下電流矢量數據的信號，從而實現對冶金的化工過程機械電氣控制方法的最優優化。

2 仿真實驗

為了保證本文設計的冶金的化工過程機械電氣控制方法的有效性，下面將對該方法設計進行仿真實驗，同時為保證實驗結果的準確性，將采用傳統的機械電氣控制方法與冶金的化工過程的機械電氣控制方法進行對比，對比兩種技術的實驗結果。

在該仿真實驗中將利用abaqus在計算機上建立測試虛擬樣機，以保證對冶金的化工過程的在線仿真，得出機械電氣控制方法的性能。在本文將abaqus這一軟件引用到機械電氣控制系統的仿真實驗中，利用abaqus軟件建立模糊數據庫、模糊知識庫和模糊推理機這些方面。在對機械電氣控制系統的性能進行測試時，將利用abaqus軟件將程序下載到嵌入式系統中，通過使用232串線或USB等方式，從而完成對機械電氣控制系統的性能測試。在實驗中機械電氣控制設備的輸入電壓為380V，在實驗中測試輸入電流、基準電壓、輸出電壓和輸出電流得到的實驗結果如下表所示。

表1 輸入電壓為380V的實驗結果

為了對比傳統方法與本文提出的基于冶金化工過程的機械電氣控制方法的有效性，得到控制準確度輸出結果如圖所示。

根據1圖可以看出，冶金化工過程下的機械電氣控制方法的準確度與傳統的機械電氣控制方法的準確度有明顯的不同，冶金化工過程下的機械電氣控制方法的準確度較傳統方法下機械電氣控制方法的準確度有大幅度提升與穩定，這一結果表明冶金化工過程下的機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械電氣控制方法具有較高的有效性與穩定性，可以進行大范圍的推廣，對我國機械電氣工程的發展具有促進作用。

圖1 準確度對比

3 結束語

本文對基于冶金的化工過程機械電氣控制方法進行了詳細的分析，依托冶金的化工過程，改進了機械電氣控制方法，使機械電氣控制方法得到了有效的提升。這一方法的提出促進了我國機械電器工業的發展，保證了機械電氣工業的工作質量，為機械電氣工業的發展提供了新的發展思路與途徑。但本文對于冶金的化工過程認識尚不全面，提出了機械電氣控制方法有待完善。因此，在今后的研究中將繼續著眼于冶金的化工過程，提出更加科學的機械電氣控制方法，為我國的機械電氣工程的發展提供理論基礎與實踐案例。