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[硕士论文] 常文俊
流体机械及工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钢包的保温性对精炼处理和连铸工艺、生产流程管理以及钢包寿命有着重要的影响,轻质化直接影响钢厂冶炼节奏的加快和钢包的扩容。“超保温”、“长寿化”、“轻质化”成为当代钢包发展的主题。单一研究钢包保温性能和钢包长寿化、轻质化的文献较多,但作为一体化研究,尤其是相互影响的研究较少,对钢铁行业的发展及新工艺的发展起不到很好的促进,因此有必要进行深入化的研究。
  本文以传统钢包为研究对象,基于传统钢包壳的温度测量和有限元软件对钢包内衬的结构和材料的物性参数进行分析和优化,实现钢包的超保温、轻质化、长寿化。本文的主要研究内容如下:
  (1)基于传统钢包分析钢包的保温、轻质、长寿三个性能主要影响因素,分析对比得出性能相互影响规律,为后续研究提供理论基础。
  (2)基于对传统钢包的温度场仿真和钢包壳的温度测量实验,掌握了钢包温度水平和分布情况,验证传统钢包模型建立的有效性,接着对钢包内衬材料的物性参数进行分析模拟对比,得到新型钢包的初步内衬的结构和物性参数。
  (3)针对新型钢包内衬结构,对其进行多场的耦合分析。实验结果表明新型钢包的外壳温度和温降都比传统钢包的低,说明钢包的保温性能有所提升,从应力云图看出新型的应力分布比较均匀,平均应力较传统的低,从侧面上也说明了钢包的寿命也有所延长,流场的分析也为钢包的长寿化提供一些理论分析基础。
  (4)钢包寿命的研究,首先对钢包壳进行疲劳分析,然后利用神经网络对钢包的内衬厚度进行预测,以此可以较为准确的了解钢包内衬的损耗情况,较传统经验估计和运行调整更能合理的延长钢包的使用寿命。
[硕士论文] 邢文涛
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:热等静压(Hot Isostatic Pressing,简称HIP)是一种先进的烧结工艺,在密闭的压力容器中,以高压氩气(或氮气)为介质,对其中的粉末或待烧结的坯料(或零件)施加各向均匀等静压力,形成高致密度坯料(或零件)的方法。热等静压的常用工作温度1000~1800℃、工作压力100~200MPa。热等静压技术广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、核工业等军工领域。如,飞机、航天器、大型运载火箭、导弹、雷达等关键零件的制造。
  热等静压技术经历了半个多世纪的发展,持续不断创造着奇迹,从试验室技术研究到现在渗透到各行各业。在西方发达国家,热等静压处理技术是航空发动机的钛合金、高温合金零部件强制性的工艺措施,以提高产品致密度,消除材料缺陷等。随着热等静压技术的不断发展,热等静压机朝着大规格方向发展,缩短处理周期,降低处理成本。热等静压机的均匀快速冷却(URC)技术,可以大幅度缩短HIP处理时间。热等静压机降温时间通常可以缩短80%至95%。目前,HIP处理费用大约是20年前的60%左右,推动了热等静压技术的应用和发展。
  根据我国热等静压技术的发展需求,结合典型热等静压机技术指标,主要以航空航天领域的高温合金铸件致密化处理和高温粉末—近净成型为应用目标。确定RDJ1250/2000-200.1400型热等静压机为研究目标,URC速率大于30℃/min。这也是国际上高温合金致密化处理的典型设备,装备URC系统的数量较多,便于试验数据比较。
  本文基于 Flowmaster软件的热流体系统仿真分析功能,根据技术指标、热等静压机均匀冷却原理结构和三维模型,建立数学模型(包括静态和动态模型),推导出计算公式。通过数学模型描述冷却过程,为冷却系统设计提供理论依据,并满足工程应用要求。通过仿真分析和实物验证修正数学模型,提高数学模型的计算精度。
  本文通过Solid Edge V19三维CAD软件建立热等静压机URC三维模型,以STAR-CCM+软件作为主要研究工具,建立了热等静压炉的非稳态数值仿真模型,从理论上分析了温度场和流场,研究了不同加热功率下炉内流动换热规律。
[硕士论文] 钟咏雪
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:热等静压机的组成较为复杂,包括气体、加热、液压、冷却等系统,设备布局占地面积大,各控制和执行元器件因安装要求较为分散,电器控制系统的可靠性和安全互锁要求是设备关注的重点。基于PLC电器控制系统的设计不仅是打破传统的电器集中控制热等静压机的模式,同时通过优化硬件组态、模块化程序设计、软件模拟仿真、动态视窗控制实现了设备多任务窗口对接、在线监测和故障处理的自动化要求,是解决复杂设备控制可靠性和安全互锁要求的工程化应用的一种手段。
  本文通过应用PLC控制设备,选择基于目前国际上通用的Profibus DP现场总线的分布式I/O模块,在Step7软件开发平台上进行硬件组态、程序设计,利用其开放式、高灵活性、高可靠性等优势,开发过程控制自动化领域的高端应用,目的是降低复杂设备系统的调试和现场布线难度,缩短设计开发周期,提高故障处理效率,并为多任务系统提供灵活机动的扩展方案。
  热等静压设备的加热系统和温度控制系统是电器控制系统的重要组成部分,本文分析介绍了热等静压设备的加热系统和温度控制系统的组成。PID控制作为最常用的控制手段,本文分析了其优点与不足,并对PID控制参数的整定方法进行了研究。
  WinCC(Windows Control Center,窗口控制中心)是西门子公司(Siemens)实现PLC与上位机之间的通讯及上位机监控画面的制作的组态软件。主要介绍如何利用WinCC建立监控画面,使监控画面根据现场实际情况动态显示。以热等静压设备的控制系统为例,介绍了使用WinCC系统的硬件配置,组态监控系统,创建动态人机界面,实现过程监控的具体步骤。
  本文结合公司多年的热等静压机电器控制系统的设计经验,对设计对象进行现场技术调研,摸底设备存在的可靠性和安全性问题,通过需求分析、系统设计,对进口热等静压设备的电器控制系统进行全面升级改造。经过现场性能、功能检测,设备电器控制系统自动化升级改造满足用户协议要求,为公司热等静压机设计规范提供了坚实的理论基础和工程应用支撑。
[硕士论文] 谢广超
控制科学与工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:矿热炉是铁合金行业生产的必备设备,工作时相电流达几万甚至十几万安培,目前普遍采用工频供电的方式进行生产,经炉用变压器直接降为低压后供给矿热炉内的三相电极。由此导致运行功率因数低,三相电极之间电流很难控制平衡,引起电网波形畸变,产生很大谐波,电极消耗严重,严重影响使用和效益。
  电力电子技术发展到今天,为矿热炉的低频电源供电奠定了基础,低频供电方式可以从根本上解决传统矿热炉工频供电方式存在的上述缺陷,对我国冶金行业的技术进步、实现电网的绿色化、节能减排、降低碳排放等都具有重要意义和深远影响,但受多种因素的影响,到今国内从事这方面工作的研究实在太少。
  本文受西安市科技计划—创新工程项目“矿热炉低频节能电源”(项目编号:CX13101)支持,是整体项目中的一部分,在国内首次进行矿热炉低频供电的系统性研究,详细介绍了低频矿热炉供电技术实现节能的原理,分析了国内外这一方面的研究现状,探讨了矿热炉低频电源替代传统的矿热炉工频供电方案的可行性,进而借助于电力电子技术,以晶闸管为主功率器件设计了矿热炉低频电源的主电路,以高性能高集成度的微处理器及CPLD为核心,设计了矿热炉低频电源主电路的触发电路及其保护电路,并且应用PLC S7-200系列监控整个系统的正常运行。最后对整个低频矿热炉系统的电路进行了实验调试和验证,进而对实验结果进行了分析。
[硕士论文] 王瑞娟
控制工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:虚拟拆装是依靠虚拟现实技术发展起来的一门学科技术。虽然制造业技术的发展使得工业设备的生产过程更加的智能化,但是很多场合还是需要人工操作维修。由于现实的客观条件约束,对操作人员的培训较为麻烦。虚拟拆装技术提供了一个方便操作人员了解设备机构、拆卸规范、安装规范的平台。硅铁合金的生产中,通过把持系统和升降系统来控制电极的位置是至关重要的。论文通过使用虚拟拆装技术,针对硅铁冶炼过程中对矿热炉的升降系统和把持系统的控制特点,设计了一款专门用于该设备的虚拟拆装仿真系统,方便操作培训。
  本次设计以3ds Max软件和Photoshop为基础进行模型搭建和材质优化设计,创建了关键设备的机械零件模型,使用虚拟现实软件Virtools作为拆装平台展开拆卸和安装的开发。论文主要完成以下工作:
  1.关键零件模型建立。参考零件的图纸和现场拍摄的照片,使用3ds Max制作模型,选取合的适优化方法优化模型,为模型顺畅导入Virtools提供保障。
  2.交互设计。使得拆装过程更加的人性化,不仅提高了系统的视觉效果而且为操作者的练习提供了方便。
  3.虚拟拆卸。设置Virtools场景,使导入Virtools的三维模型立体效果更加真实。使用Virtools自带的模型资源数据库获取零件的位置信息,实现零件的快速拆卸、慢速拆卸和一键拆卸的演示。
  4.虚拟安装。采用分组装配,参考设计的拆装顺序实现在3D Layout中将零件与辅助参考物体的融合,逐步完成每组的安装。
  5.零件展示。使用辅助演示和开发应用程序法两种方法实现零件的最终效果的展示。将Virtools与Access建立连接,把阵列的内容提取到数据库中,使用VS开发Windows API应用程序实现在Virtools中对零件的检索和展示。
[硕士论文] 苏阳
电气工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:金属材料在材料应用领域具有十分重要的地位。加快发现和优化更高性能的合金配方,在工业、制造业、航天航空等领域具有非常重要的意义。然而,长期以来新材料的研发都是以基于经验或者按属性连续进行的方式,通过逐步实验获取数据,并从中确认研究模式。因此实验通量很大程度上决定了这种材料研发方式的速度。样品数量有限、研发效率低、研发周期长,已经难以适应当前世界各国材料快速发展的需求。
  随着金属增材制造技术逐渐成熟,基于该技术设计新型高通量金属制备设备成为可能。本文将增材制造技术的一体化制造、快速成型以及材料高利用率的特点与传统实验方法相结合,形成高通量块体合金材料制备系统。该系统主要关键技术如下:1.粉末精确定量递送技术;2.粉末混合和均化技术;3.金属粉末原位熔融固化技术;4.功能模块集成及智能控制技术。结构上本文首先对所设计的高通量块体合金材料制备系统各个功能模块和所运用到的技术要点进行了阐述。之后,主要对所研究的三个方面,多相流粉末混合模型,激光微区加热模型,运动功能模块设计进行详细分析。首先本文对于粉末混合均化技术,文章比较了多种离散元仿真方法,最后运用多相流闭包颗粒仿真方法(Multiphase Particle-in-Cell,MP-PIC)仿真方法模拟了粉末在混合腔体中的流动形态和特性。通过观察粉末流动,分析了粉末混合的运动机理,并根据结果设计了一种新型粉末快速混合装置,使其粉末混合效率得到大幅提升。对于粉末精确定量技术文章比较了在增材制造上运用较多的吸入式送粉器和其他在医学上应用的毛细管定量系统、振摇器式粉末定量系统、真空滚筒定量系统等,对各个装置的优缺点进行了比较。在金属粉末原位熔融固化技术方面,文章分析了应用激光净成型技术制备合金的优缺点,设计了基于 APDL(ANSYS Parametric Design Language)的金属熔覆仿真程序,并对仿真结果中的温度场分布、热通量分布、温度变化曲线进行详尽的分析。功能模块设计方面,文章编写了基于MCX314和DSP2812的运动控制芯片的程序,消息描述了硬件中主要应用的各个模块和所用到的专用芯片参数。绘制MCX314基本硬件电路,并对主要程序进行了调试。高通量块体合金材料制备系统是一种复杂高效的合金研发制备设备,该设备的研发成功将对国内金属材料研发产生重要的影响。
[硕士论文] 王尤军
控制工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:近十多年来,我国的工业发展取得了长足的进步,其中冶金工业的发展,对国家经济、社会的快速成长和国防科技建设的提升起到了极大的促进作用。氧化铝作为生产金属铝的原料,在铝冶炼工业中具有举足轻重的地位。目前,拜耳法是我国生产氧化铝所采用的主要方法之一,在该工艺过程中,氧化铝焙烧过程是影响氧化铝质量、生产能耗和生产成本的重要工段之一。利用智能化方法对焙烧过程进行建模,利用合适的算法进行焙烧的参数优化和控制研究是氧化铝生产工业技术创新的一个方向,是提高氧化铝质量的有效途径。
  本文以气态悬浮焙烧炉工艺为基础,采用改进粒子群(PSO)优化极限学习机算法(ELM)对氧化铝焙烧进行预测建模,利用遗传算法(GA)完成氧化铝焙烧工况参数的优化,设计基于DCS的氧化铝焙烧过程控制系统,通过BP神经网络PID控制器实现焙烧关键参数的精确控制,主要内容有:
  (1)针对焙烧过程建模困难的问题,分别采用BP神经网络、标准ELM和改进PSO优化ELM建立焙烧温度预测模型,对比发现,采用改进PSO优化方法相较于BPNN和标准ELM方法,在预测精度和泛化性能方面均有明显优势。
  (2)针对焙烧过程参数耦合严重,工况波动频繁的问题,利用遗传算法,建立氧化铝焙烧工况优化模型。以实际生产正常工况状态下焙烧温度稳定值(1070℃)为控制目标,寻找对焙烧温度影响较大的操作参数在技术指标范围内的最优组合,并以此为基础,建立优化工况数据库,在生产过程中,控制系统根据监控到的焙烧温度与设定值之间的偏差,从优化工况数据库中寻找最优工况组合,指导对应控制变量的实时调整,使得生产过程处于最优状态,避免人工设定的主观性和生产过程的误操作,减少不必要的能耗,稳定焙烧温度,提高氧化铝质量。
  (3)针对氧化铝焙烧过程自动化水平不足、生产和管理工作不完善的现状,设计基于DCS的氧化铝焙烧过程控制系统。采用BP神经网络PID控制器实现过程操作参数控制,以及生产过程的监控,合理配置生产资料,以提高生产效率,降低企业生产成本。
  (4)以氧化铝焙烧温度为例,设计氧化铝焙烧过程优化控制系统。在高级过程控制系统仿真平台上构建对象模型、虚拟执行机构、基础控制回路,进行仿真实验,结果表明系统可以很好的跟踪焙烧温度的设定值,验证了控制系统的可行性。
[硕士论文] 郭兰兰
控制工程 北京化工大学 2017(学位年度)
摘要:热风炉是当代高炉不可或缺的非常重要的组成部分。高炉炼铁所需的高温热风便是由热风炉加热鼓风机送来的冷风获得的,风温的提高直接对高炉出铁的质量与效率产生影响。随着高炉有效容积设计越来越大,对热风炉提供的热风温度、稳定性、持续性和效率提出了更高的要求。当前热风炉自动控制系统所要达成的首要目标就是通过合理高效的借助于高炉煤气和助燃空气的混合燃烧,提高热风炉的生产效率。
  本文主要介绍了越南某钢铁公司1000m3高炉配套的3座热风炉的自动控制系统设计和研究。该热风炉系统采取两烧一送的方式向高炉送风。计算机控制系统使用S7-400(德国西门子)系列可编程逻辑控制器(PLC)和研华工业控制PC机,工业以太网为搭建桥梁。自动控制系统主要借助于STEP7(德国西门子)编程软件,完成了硬件配置和参数设置、通信组态、编程、测试、驱动和维护、文件建档、运转和诊断功能等。在上位机监控方面采用开发工具WINCC(德国西门子SCADA)组态软件,主要包括热风炉的监控画面,工艺流程画面,报警画面,过程参数画面,参数历史趋势画面等等,完成了对热风炉系统的动态监视,历史趋势及归档,危险事故报警功能,数据报表,生产过程控制功能。提供了强大的系统功能及友好的用户界面。
  主要工作如下:
  (1)通过查阅和阅读大量的参考文献,对热风炉的结构形式,工艺流程,控制方法和目标有了更深入的认识与了解。
  (2)完成了热风炉基于西门子STEP7软件的基础自动化控制系统,包括燃烧自动控制和送风自动控制;使用组态软件WINCC进行了上位机监控系统的编程。
  (3)主要分析了热风炉如何实现燃烧自动控制,并且进行了模糊PID控制器和传统PID控制器的比较。
  (4)搜集和阅读了大量高级人工智能控制方法和策略,并在此进行了简单分析。
[硕士论文] 詹小辉
流体机械及工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着连铸技术的发展,连铸各环节都向着智能化发展,旨在提高连铸的自动化程度和连铸板坯的质量。加渣是连铸中的一个重要环节,保护渣的厚度能够直接影响板坯的质量。因此需要检测结晶器内渣厚情况,实现按需加渣。
  本研究主要内容包括:⑴设计了两种矩形化补偿方案,并经过计算分析选择一种较好的矩形化补偿机构。加渣机器人使用矩形化补偿机构,不仅布料区域能覆盖结晶器熔腔,而且能够减少保护渣的浪费,有效地响应国家节能减排战略。⑵提出了一种结晶器内保护渣厚度的检测方式,实现结晶器内保护渣厚度实时在线监测。在所设计的加渣机器人的基础上,增加激光测距传感器,设计测量装置,搭建实验平台,编写系统软件,进行测量试验。将检测的渣厚作为反馈信号,反馈给控制器,实现加渣机的闭环控制。⑶设计了基于参数自整定模糊PID控制算法。通过该控制算法与常规PID控制算法的对比,仿真结果表明应用参数自整定模糊PID控制算法,渣厚控制系统的响应速度比常规PID控制快1.5s,达到稳态时间快6.4s,超调减小了8%。应用参数自整定模糊PID控制分析渣厚控制效果,渣厚基本控制在35mm~50mm之间,控制效果良好。
[硕士论文] 李玲
机械工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:炼钢-连铸生产过程是现代钢铁企业的核心工序,多品种、小批量、复杂工艺路线炼钢-连铸生产已成为钢铁企业生产常态,针对多缓冲、多并行机、多工艺路线的炼钢-连铸生产调度问题,研究高效稳定的生产调度优化方法,能有效保证生产节奏的连续性和稳定性,提高钢铁企业的生产效率和节能降耗的潜力,并进一步提升其竞争力。
  针对包含多工艺路线、多并行机和有限缓冲单元的炼钢-连铸生产调度问题,首先采用连续时间表示法建立了以最小化最大完工时间为目标的混合整数线性规划优化模型;然后提出一种增加自学习阶段的改进教与学优化算法对该问题进行求解。
  对改进教与学优化算法,采用了随机键的编码方式和两阶段解码方法,有效保证了解空间的多样性;对具有有限缓冲约束的生产调度问题,针对有限缓冲不满足的情况,提出了基于最小移动距离的有限缓冲消解机制,并将其用于解码过程中。
  针对单一工艺路线和复杂工艺路线生产调度问题,采用上述解码方式,均得到了较好的效果,体现了该解码方法的通用性。
  最后,针对包含不同处理能力并行机的多工艺路线炼钢-连铸生产问题,根据实际生产数据,产生多组不同规模的案例,设计了对比实验,通过均值和最好解的比较,充分体现了改进教与学算法的有效性和优越性。
[硕士论文] 刘波
控制科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:近年来我国钢铁行业持续低迷,钢铁企业竞争激烈。加热炉作为冶金工业中重要的能耗设备,其稳定、经济的运行是提高钢厂经济效益和竞争力的基础。但加热炉燃烧系统复杂,被控变量较多,常规控制策略常常难以达到满意的控制效果。为了提高加热炉的控制品质,有必要研究加热炉的先进控制策略。
  本文在分析加热炉燃烧系统特性的基础上,设计了加热炉先进控制策略,并在现场成功投运。投运后加热炉燃烧控制更加稳定,钢坯的氧化烧损量明显降低。在现场工作的基础上,本文提出了一种基于T-S模糊模型的加热炉炉温模糊预测控制策略,仿真结果表明了该策略的有效性。
  本文的主要工作内容和创新点如下:
  (1)设计了炉温的广义预测控制器,构建了炉温和流量的串级比值控制系统;提出了炉温和炉压的选择控制策略;设计了排烟温度PID控制器。设计先进控制软件以实现控制策略的计算、工艺指标的设定、被控变量的监测和控制方式的切换等。燃烧系统的先进控制策略在现场成功投运,投运效果显示该控制策略提高了加热炉的燃烧控制品质,降低了钢坯的氧化烧损率。
  (2)针对加热炉炉温对象具有一定非线性的特点,研究了基于输入输出数据的T-S模糊模型的建立方法。本文将边界混合约束的粒子群优化算法与模糊C-均值算法相结合,对T-S模型输入空间划分,采用最小二乘法辨识模型后件参数。仿真结果显示了该方法的有效性。
  (3)提出了一种基于加热炉历史数据的炉温模糊预测控制策略。基于加热炉历史数据建立炉温的T-S模糊模型,与广义预测控制算法相结合构成了模糊预测控制器。仿真结果显示,基于T-S模型的广义预测控制在全局范围内均具有良好的控制效果。
[硕士论文] 刘百成
控制工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:燃气加热炉是冶金工业领域钢坯热处理的重要设备,为了保证待轧制钢坯的加热质量和机械硬度,要求加热的温度误差范围非常狭窄。如何使燃气加热炉温度控制系统中各加热段炉膛温度具有高精度及高均匀的特性,一直是该领域研究的重点。
  燃气加热炉体积庞大,采用分温区加热方式,各温区燃烧过程中受到的随机干扰较多,具有非线性、大时滞、大惯性、强耦合等特点,直接影响了温度控制的精确性及均匀性。通过分析论证传统及现有解耦方法存在的不足,本文提出了对象伴随矩阵解耦的思想方法,设计解耦器,得到解耦后高阶模型,利用其幅频特性和相频特性,将模型降阶为一阶惯性加时滞形式。
  为验证所提解耦方法的可行性,首先要建立燃气加热炉温度系统耦合模型,实施解耦策略。本文详细分析了燃气加热炉的炉体结构以及生产工艺流程,对于长流程的生产过程很难建立精确的燃气加热炉温度特性模型,而控制目标的优化和高级控制方案的实施通常依赖于对象的数学模型。针对以上问题,将基于加权最小二乘递推辨识方法应用到燃气加热炉的建模实验中,运用实际的运行数据,建立精确的三输入三输出耦合系统传递函数矩阵控制模型。
  最后采用时滞过程内模控制原理对该模型的每个控制通道分别设计燃气加热炉温度系统控制器,实现加热炉三段温度系统解耦控制算法。同时本文采用Pontryagin双轨迹法对一阶惯性加时滞的被控对象系统进行鲁棒稳定性分析,然后在满足稳定裕度的条件下得到了三个控制通道滞后时间参数τ的稳定域。通过MATLAB仿真软件,在SIMULINK中搭建系统仿真模型,进行仿真研究,得到本文所提出的解耦控制方案在解耦性能、鲁棒性及抗干扰性方面的动态和稳态性能参数。相比于当下比较有影响力的归一化解耦法,本文提出对象伴随矩阵解耦控制方法所设计的解耦控制系统各项性能指标更优越,从理论上证明本文所提方案的有效性。
[硕士论文] 孟俊
控制科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:中国是世界上最大的钢铁生产国与消费国,钢铁为国民经济发展提供了强有力的物质基础。加热炉作为钢铁生产过程中的重要设备,其稳定、高效、经济运行不仅能提高钢铁工业的经济效益,还能降低全国工业污染物的总排放量,具有很好的经济价值和环保价值。加热炉对象具有大惯性、大滞后、多扰动等特性,采用常规的控制策略难以取得满意的控制效果。为了提高加热炉对象的控制品质,本文设计了一套加热炉先进控制系统,并成功地应用于现场。
  本文主要研究开发工作包括以下内容:
  (1)针对炉温对象的大滞后、大惯性特性和煤气流量对象的多扰动特性,设计了一种炉温-煤气流量串级控制方案,分别采用SGPC和PID作为串级控制结构中的主控制器和副控制器。针对排烟温度和炉膛压力这对相互矛盾的被控对象,设计了一种排烟温度-炉膛压力选择控制方案,分别采用积分分离式PID和PID作为相应回路的控制器。分别对各回路的无扰切换和控制器抗饱和问题进行了处理。将加热炉先进控制系统划分为控制算法、数据通信、人机交互界面、配置文件四部分,并分别完成了各部分的具体实现。
  (2)在现场原有设备的基础上,构建了加热炉先进控制系统的硬件平台;测试了先进控制系统与组态软件之间的连接情况,整定了各回路控制器参数;将所设计的加热炉先进控制系统进行了实际应用,降低了钢坯氧化烧损率和吨钢煤气消耗量,相关数据表明系统投运后取得了良好的经济效益。
  (3)针对加热炉各加热段炉温之间的耦合性,提出了一种加热炉炉温解耦控制方案,消除了各回路之间的耦合作用,提高了系统对建模误差和不确定性输入、输出扰动的稳定性;在控制器设计过程中,重新配置了系统闭环传递函数矩阵的极点,提高了系统对输入信号的跟踪能力和对扰动信号的抑制能力。
[硕士论文] 杨健
机械制造及其自动化 郑州大学 2017(学位年度)
摘要:高炉炼铁是我国最主要的一种炼铁途径,原料在进入高炉之前,要先经过一步叫做烧结的工艺。在烧结之前,需先进行原料的制备。由于用于制备烧结原料的合金矿粒径大小不一,无法直接用于生产,故需要有一套粒度检测装置,可以快速地实现粒度的筛分。本文所述的合金矿粒度检测系统,就是一个可以实现多级筛分的装置。
  文章首先介绍了该检测装置的结构特点及工作原理,并对其中的关键技术作了相应的阐述。该装置上以三角形形式安装三台振动电机,通过采用单个或者多个不同的振动电机加以组合,以提供多种激振方式和工作程序,进而实现物料的筛分、剔卡和直线输送三种工序。通过对振动时间的调整,可以尽可能地提高筛分效率和速度。
  文章根据检测装置的工作原理,明确了实现各个工序的电气元件的动作顺序,选取了相应的控制元件,并编制了对应的控制程序。通过控制系统的设计,不仅可以实现系统的自动运行,也可以实现手动控制。自动控制,满足了工业生产现场对时间成本的要求,同时,手动控制方式方便工人对设备进行检修和维护。
  文章详细介绍了该检测系统的重要组成部分—称重系统。该系统中每一粒级的称重系统包含三只同型号、近似等边三角形分布的称重传感器。对该称重系统进行受力分析,建立了其数学模型,在 simulink环境下,对系统在阶跃信号激励时进行了仿真分析。在新乡四达公司,模拟生产现场的实际状况,以重量的阶跃信号作为称重系统的激励,进行了大量的烧结球团实物试验。试验结果验证了仿真结果的正确性,得到了准确的采样时间,为编写物料采样程序提供了依据。
  文章最后介绍了控制页面的设计。本文中采用的是VB程序进行控制界面的设计,同时用VB编写了PLC与计算机通讯程序。在VB软件中,利用各种自带的控件可以快速地设计出界面友好的控制页面,同时提供了通讯控件—MSComm。该控件提供了一系列标准通信命令的接口,它允许建立串口连接,可以连接到其他通信设备(如Modem)。
  该检测系统可以满足多级筛分的要求,效率快,精度高,设计的控制系统运行稳定。
[硕士论文] 李乾坤
矿业工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:本论文探究了主要工艺因素对武钢四烧烧结矿质量影响情况,得出了烧结矿质量较优的配料方案,使武钢四烧烧结矿质量得到了提升。
  单因素条件试验结果表明:随碱度增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,在碱度为2.4时同时达到最大。主要是由于烧结矿液相固结主要粘结相发生变化:由硅酸钙转变为铁酸钙,烧结矿强度增加,高碱度条件下铁酸钙部分分解,烧结矿强度会下降;FeO含量则呈现降低的趋势,在7.0-9.0之间变化。
  随配碳增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,在配碳6.0%时同时达到最大。主要是由于还原气氛加强,导致烧结矿液相固结主要粘结相铁酸钙和铁酸钙系物部分分解,使得烧结矿质量下降;由于液相中Fe3+被部分还原为Fe2+,FeO含量呈现了增加的趋势,在7.0-10.0之间变化。
  随水分增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,且在水分为6.5%时同时达到最大值;FeO含量呈现波动趋势,在7.0-8.5范围内小幅变化。
  随负压增加,烧结矿转鼓强度、落下强度和成品率都呈现先增大再减小的变化趋势,在负压为11kpa时同时达到最大;FeO含量呈现降低的趋势,在7.5-9.0范围变化。
  多因素正交试验结果表明:影响烧结矿落下强度、转鼓强度和成品率的主要因素是碱度,其次是配碳量,水分和负压影响较小;影响FeO含量的主要因素是配碳量,其次是碱度,水分和负压影响较小。较佳配料制度:碱度2.4,配碳6.0%,水分5.0%,负压10kpa下得到烧结矿质量指标为:转鼓强度73.50%,落下强度71.88%,成品率89.55%,FeO含量8.65%,相比四烧配料制度有所提升。
[硕士论文] 白林
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:结晶器作为连铸机的“心脏”,是连铸生产中非常重要的环节,但其工作环境也是异常恶劣。作为热量传递的载体,它的外表面受到冷却水激冷的影响,内表面又受到高温钢水的冲刷及凝固坯壳的高频摩擦,很容易造成结晶器铜板产生变形、裂纹及磨损,进而导致失效。为了延长连铸结晶器的服役寿命同时改善铸坯质量,常常对结晶器铜板进行表面强化处理。在工业上,常采用在铜板表面电镀一层镍及镍合金的方式进行强化,但即便如此,这种表面镀层依然面临着相对硬度较低,耐磨损性不足,尤其是高温机械性能差的特点。为进一步解决这一问题,本研究尝试采用复合电镀技术,在常规镀镍液中加入微纳米级的颗粒,通过颗粒与阳极金属的共沉积,以达到强化镀层性能的效果,使其具有更强的硬度、耐磨性及耐高温性能。本研究采用微纳米复合电镀技术在结晶器铜板基体表面制备出Ni/Al2O3复合镀层,并对其制备工艺及相关性能进行系统的分析研究。
  本研究主要内容包括:⑴以纳米复合镀层的显微硬度为衡量指标,通过正交实验和单因素实验相结合的方式,确定了制备高硬度 Ni/Al2O3纳米复合镀层的最优工艺参数为:阴极电流密度为4A/dm2、镀液温度为50℃、镀液pH值为4、镀液中纳米Al2O3的添加量为30g/L。在最优工艺参数下制得的纯 Ni镀层与 Ni/Al2O3纳米复合镀层显微硬度分别为214HV和376HV。⑵与纯Ni镀层相比,纳米复合镀层的晶粒组织更细小,表面更平整且无明显凹陷或凸起,组织更致密,纳米Al2O3弥散均匀的分布于镀层基质金属中。采用机械和超声破碎相结合的分散方式得到的纳米复合镀层中纳米颗粒无明显的团聚现象,分散较好。在最优工艺参数下制得的纳米复合镀层的摩擦系数低于0.4,其磨损量也小于纯Ni镀层的1/2;Ni/Al2O3纳米复合镀层在3.5Wt.%的NaCl溶液中的浸泡腐蚀失重仅约为纯Ni镀层的1/4。⑶在最佳工艺参数下制得 Ni/Al2O3微米复合镀层和纳米复合镀层,并对比分析其性能。与微米复合镀层相比,Ni/Al2O3纳米复合镀层的性能明显优于微米复合镀层,且复合的纳米颗粒尺寸越小镀层的性能越好。⑷对Ni基复合镀层进行热处理,能改善其显微结构,同时能提高其机械性能。Ni/Al2O3微米复合镀层的硬度在200℃左右达到峰值,超过200℃以后,其硬度值下降;复合50nmAl2O3微粒的Ni/Al2O3纳米复合镀层的硬度在400℃左右达到峰值,超过400℃以后,其硬度值下降;复合30nmAl2O3微粒的Ni/Al2O3纳米复合镀层的硬度在500℃左右达到峰值,超过500℃以后,其硬度值有所下降。⑸在相同的热处理温度下,Ni/Al2O3微纳米复合镀层的耐高温氧化性能比纯Ni镀层的好,且复合加入的Al2O3颗粒越小,复合镀层的耐高温氧化性能越好。
[硕士论文] 游潇
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:炼钢-连铸作为钢铁生产的核心环节,具有多元性、多层次及开放性、非线性、远离平衡、动态有序等复杂系统特征,其生产调度对全流程生产的有序、紧凑、高效、连续有着重要的影响。因此,炼钢-连铸生产调度问题成为生产调度领域的热点,也是典型的具有复杂约束的 NP难题[1]。系统仿真技术因具有强大的动态运行能力、分析能力,以及可避开对复杂调度问题进行理论分析的优势,已成为研究炼钢-连铸调度问题的一种有效手段。论文针对炼钢-连铸调度的特点及难点,基于Extendsim仿真软件开展炼钢-连铸调度问题的建模及优化方法的研究,旨在为该问题的研究提供一种新思路。
  依据Extendsim仿真平台的建模原理和分层建模的优势,采用“自顶向下”的层次化建模方法构建炼钢-连铸调度仿真模型。针对炼钢-连铸生产系统的特征,将其分为工位设备层、工序对象层、系统建模层三个层次,依据建模问题特征描述的需求选择合适的功能模块,通过模块连接、变量及参数设计等步骤构建了各层次结构的仿真模型。通过对仿真模型中不同功能模块的封装,展示了具有层次化特征的炼钢系统结构,降低了建模复杂度,且表明Extendsim能有效满足炼钢-连铸调度过程的仿真建模需求。
  从实现连铸机连浇和优化全流程等待时间的角度,研究基于遗传算法的优化模块Optimizer对生产调度优化的实现方法。以连铸机开浇时间为决策变量,以最小化各铸机断浇率及最小化炉次在工序前的等待时间为优化目标在Optimizer模块中进行参数设置,将Optimizer模块的遗传算法与优化模型进行集成。优化模型在遗传算法自组织寻优策略的指导下,进行目标导引下的开浇时间的优化。
  为验证基于Extendsim的炼钢-连铸调度仿真模型与优化算法的有效性,以攀钢炼钢厂的生产调度问题为背景进行实例验证。以某段时间内的生产计划和统计所得的生产数据为仿真条件,构建攀钢炼钢-连铸调度仿真模型,进行仿真实验。通过仿真模拟结果与生产实绩的比较分析,验证了仿真模型的正确性;通过Optimizer优化各铸机的开浇时间,并将所得最优开浇时间输入模型进行检验,得到优化后的仿真调度结果。优化结果表明连铸机基本能实现全连浇,系统各项评价指标均优于生产实绩,证明了基于Extendsim的仿真优化方法的可行性。
  通过本文研究表明:基于层次化建模方法构建的炼钢-连铸调度模型具有较好的扩展性和通用性;遗传算法和Extendsim相结合的优化方法在炼钢-连铸调度优化方面具有较好的效果。
[硕士论文] 杨猛
控制科学与工程 中国科学技术大学 2017(学位年度)
摘要:加热炉是一个特性复杂的工业生产对象,对于加热炉的建模,传统的建模方法往往不够精确,投运效果不尽如人意。随着智能技术的蓬勃发展,以BP神经网络为代表的神经网络建模方法在工业过程中的应用日渐广泛。遗传算法作为一种进化计算方法,具有的全局搜索能力能够较好地克服BP神经网络容易陷入局部极小值的缺点。因此,研究将BP神经网络与遗传算法相结合的方法十分必要。
  本文提出了一种基于历史数据的加热炉神经网络建模方法。该方法首先确定BP神经网络结构得到网络模型的参数个数。然后通过遗传算法对编码后的个体反复地选择、交叉、变异,最终获得的最优个体包含BP神经网络权值和阈值的最佳参数组合,将其解码后作为BP神经网络的初始值。最后通过BP算法训练得到加热炉对象的神经网络模型。
  本文所做的主要工作与贡献有以下几点:
  (1)针对加热炉对象的复杂特性,本文从对象的输入输出特性出发,研究了利用神经网络对加热炉炉温建模的有效性,通过对比有效性指标,解决了神经网络结构难以选择的问题。
  (2)本文提出了将遗传算法应用于加热炉神经网络建模中,通过遗传算法的大规模全局搜索能力优化BP神经网络模型的权值和阈值,避免了网络陷入局部极小值的缺点,加快了网络的收敛速度。基于该方法获得的模型学习能力更强,预测效果更好。
  (3)为了加快遗传算法的收敛速度,提高运算效率,本文基于加热炉的运行数据,对遗传算法进行参数自适应调整。设计并实现了变异概率自适应的遗传算法,加快了神经网络模型参数的收敛速度。
  (4)本文以唐山某钢铁厂的加热炉为研究对象,选取该对象的样本数据来设计加热炉神经网络模型,通过对比验证了该方法的可行性。结果表明应用该方法进行加热炉炉温建模是行之有效的。
[硕士论文] 汪清瑶
控制科学与工程 武汉科技大学 2017(学位年度)
摘要:在高炉冶炼中,冷态强度稳定的烧结矿不仅提高了烧结矿的入炉率,同时改善了高炉炉料的透气性,降低了烧结矿的粉化状况,从而减少高炉生产的成本。根据烧结矿转鼓强度进行周期性取样试验并控制烧结矿质量已无法满足工业生产需求,传统转鼓强度检测方法效率低、检测不准确、反馈不及时等缺陷都将阻碍中国进入世界钢铁顶级冶炼技术发展的舞台。因此,对烧结矿转鼓强度的实时预报研究具有极其重要的意义。
  本文针对传统转鼓检测方法滞后,结果反馈不及时,导致造成烧结过程工艺参数调整不准确的问题,提出一种基于人工神经网络的烧结矿转鼓强度在线预测研究方法,分别采用BP(Back Propagation, BP)、RBF(Radial Basis Function, RBF)和Elman三种神经网络对转鼓强度指标进行预报,比较预报结果,淘劣存优。预报系统根据烧结矿历史生产数据建立以烧结矿转鼓强度为指标的预测模型,随后利用基于瞬发γ中子活化分析(prompt gamma-ray neutron activation analysis,PGNAA)成分技术的工业物料在线检测仪器检测且经化学式转化得到的新数据进行在线预测,并将结果反馈给烧结过程达到烧结矿质量在线调控的目的。结果表明,BP神经网络的预测值部分比较准确,误差波动大,网络内部学习不完整;RBF神经网络的预测值与实际值走向不一致,两者曲线拟合度不高,反映出RBF网络对样本的高度依赖性;Elman神经网络的预测误差波动最小,预测结果与实际检测结果吻合度高,预测绝对误差在实际生产要求范围内,对烧结工业实际生产具有一定指导性,大大地缩补了物料调控时间,改善了烧结工艺品质,较其他两种方法而言其预测功能更为准确。
[硕士论文] 吴凯
冶金工程 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:鼓泡流化床是流态化炼铁工艺中的预还原反应器,其中的气固两相流问题是反应器设计、放大和操作中的核心问题和难点所在。由于气固两相之间复杂的非线性相互作用,对鼓泡流化床中的典型流动规律如气泡动力学、气固相间的耦合关系等的认识还不充分,阻碍了鼓泡流化床反应器的应用和工艺发展。针对这种状况,本文以格子气元胞自动机方法为基础,构建了气固两相流模型,对鼓泡流化床中的气泡现象开展了模拟研究,在此基础上对气固相间耦合机理进行了尝试性改进,并在单颗粒上进行了验证。
  本研究主要内容包括:⑴基于格子气元胞自动机方法的气固两相流模型是一种介尺度模型,模型物理量与真实物理量之间的转换是这类模型构建和应用的基础。为此,基于相似原理,通过黏度、声速、密度等限制关系得到基本物理量(长度、时间和质量)的转换关系,再利用量纲分析获得导出物理量的转换关系,以管道中的单相流和鼓泡流化床中的气固两相流数值算例为对象,验证了转换关系的合理性。⑵气固两相流模型包含三个部分:气相、固相(颗粒流)和气固相间耦合作用。气相模型在的格子气元胞自动机模型基础上,附加了表征气体与固体之间表面张力的引力规则;固相模型则增加了表征颗粒重力和耗散特征的格子气元胞自动机规则,并在移动床中心卸料问题上对其有效性进行了验证;为简化稠密颗粒体系中气固相间作用的计算,采用相同尺度划分气、固相的空间网格,并直接以异相粒子间的动量交换替代复杂的相间耦合。在此基础上,构建了气固两相流的格子气元胞自动机模型。⑶应用所构建的气固两相流模型对单喷嘴和分布板两种典型鼓泡床中的气泡现象进行了模拟。模拟结果表明:所建模型能定性表达气泡产生和上升过程,量化得到的气泡当量直径与实验和其他方法所获得的结果具有相同的规律,但随着气泡的上升,气泡内部弥散的固体颗粒增多、气泡轮廓不易辨识,而且床层的膨胀也过大,这些缺陷与固体颗粒的运动有关,且直接受气固相间耦合精度控制。本文尝试着改进这些缺陷,将固体颗粒边界投影到气体网格上,并设计了一种概率反弹的气固耦合作用模型,即运动到颗粒边界的气体粒子以一定概率发生反弹,期间气体粒子传递的动量会被累积,并被用于颗粒运动状态的改变。在单颗粒上初步验证了这种改进方法,为进一步改进气泡的模拟效果奠定了基础。
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