一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统技术方案

本发明专利技术公开了一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统，包括：用于模拟实际电熔镁炉生产特性的虚拟对象子系统；用于开发适用电熔镁炉运行反馈控制算法的算法开发子系统；用于对模拟实际电熔镁炉生产的虚拟对象子系统进行运行反馈控制的嵌入式控制子系统，所述算法开发子系统的输出端连接所述嵌入式控制子系统，所述嵌入式控制子系统基于所述算法开发子系统生成的运行反馈控制算法控制所述虚拟对象子系统进行电熔镁炉的闭环实验。上述系统实现对电熔镁炉生产过程的模拟，验证相关复杂控制算法和控制系统软硬件，降低算法开发和系统软硬件开发周期，同时降低直接到工业现场进行调试所带来的风险。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统
本专利技术涉及工业控制技术，具体涉及一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统。
技术介绍
电熔镁砂是一种熔点高、抗氧化性和抗渣性强的高级耐火材料，被广泛用于多个领域，其主要生产设备是三相交流电熔镁炉。电熔镁炉属于矿热电炉的一种，是典型的高耗能设备。熔炼过程中反映电能利用效率的指标是产品单吨能耗，而单吨能耗与电流大小有着直接的关系，因此电流大小的精确控制对于提高电熔镁产量、提高产品品位、降低能耗具有重要意义。为了实现在保证产量的前提下尽量降低产品单吨能耗的目标，电熔镁炉实际控制系统中需要采用具有电流优化设定和回路跟踪控制两层结构的运行反馈控制策略。目前，由于电熔镁炉熔炼过程中，扰动复杂多变，交流电弧阻抗和感抗具有很强的非线性，三相电极电流之间具有耦合性，且生产条件变化频繁、原料成分波动，加之生产环境恶劣，现有的控制方法难以将单吨能耗控制在企业期目标值范围内，需要研究电熔镁炉复杂控制算法，对提高产品质量，提高生产效率、节约能源等方面具有重要意义。但是目前缺乏控制算法验证平台，因此开发电熔镁炉运行反馈控制实验系统用于控制算法的验证很有必要。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术提供一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统。本专利技术提供一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统，包括：用于模拟实际电熔镁炉生产特性的虚拟对象子系统；用于开发适用电熔镁炉运行反馈控制算法的算法开发子系统；用于对模拟实际电熔镁炉生产的虚拟对象子系统进行运行反馈控制的嵌入式控制子系统，所述算法开发子系统的输出端连接所述嵌入式控制子系统，所述嵌入式控制子系统基于所述算法开发子系统生成的运行反馈控制算法控制所述虚拟对象子系统进行电熔镁炉的闭环实验。可选地，所述算法开发子系统和所述嵌入式控制子系统采用以太网口方式连接，所述虚拟对象子系统和所述嵌入式控制子系统采用串口方式连接。可选地，所述虚拟对象子系统的硬件组件和算法开发子系统的硬件组件相互独立。可选地，在闭环实验中，所述虚拟对象子系统的输出包括：三相电极电流模型输出，即电流信息和单吨能耗模型输出，即产品单吨能耗信息。可选地，所述虚拟对象子系统运行的模型包括：以电机转速频率为输入、三相电极电流为输出的电流模型；以三相电极电流和电压为输入，单吨能耗为输出的单吨能耗模型。可选地，所述虚拟对象子系统的虚拟对象模型界面用于显示电流模型和单吨能耗模型运行过程中的参数和信息。可选地，所述嵌入式控制子系统包括监控模块，所述监控模块用于在所述控制算法的运行过程中监控过程变量；所述过程变量包括：三相电极电流、三相电极电压、三相电机转速频率和/或电流设定值。可选地，所述嵌入式控制子系统包括：连接监控模块的嵌入式控制器，所述嵌入式控制器连接所述算法开发子系统和所述虚拟对象子系统。可选地，所述算法开发子系统最后生成的运行反馈控制算法包括：嵌入式C代码实现的运行反馈控制算法；所述算法开发子系统包括：将用户通过非嵌入式C代码实现的运行反馈控制算法自动转换为嵌入式C代码实现的运行反馈控制算法。可选地，所述算法开发子系统包括：将用户通过MATLAB实现的运行反馈控制算法自动转换为嵌入式C代码对应的运行反馈控制算法。本专利技术具有的有益效果如下：本专利技术以嵌入式控制器为核心进行开发，该控制器具有处理能力强、集成度高、对复杂算法支持能力强、编程简单、易于联网等特点，能够实现电流回路跟踪控制、电流设定值优化、过程监控等功能。与传统控制系统相比，可以缩短开发周期，降低开发难度，节约开发成本等；本实施例的系统对电熔镁炉生产过程进行模拟，能够验证相关复杂控制算法和控制系统软硬件，降低了算法开发和系统软硬件开发周期，同时降低直接到工业现场进行调试所带来的风险。进一步地，上述系统能够用于教学当中，学生可以将学到的知识比如建模、辨识、控制器的设计等在该系统上进行仿真与验证，从而加深他们对相关知识的理解。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为本专利技术一实施例提供的嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统的结构示意图；图2为本专利技术一实施例提供的虚拟对象子系统的虚拟对象模型界面的示意图；图3为本专利技术一实施例提供的嵌入式控制子系统的监控界面的示意图。具体实施方式为了更好的解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。在以下的描述中，将描述本专利技术的多个不同的方面，然而，对于本领域内的普通技术人员而言，可以仅仅利用本专利技术的一些或者全部结构或者流程来实施本专利技术。为了解释的明确性而言，阐述了特定的数目、配置和顺序，但是很明显，在没有这些特定细节的情况下也可以实施本专利技术。在其它情况下，为了不混淆本专利技术，对于一些众所周知的特征将不再进行详细阐述。如图1所示，图1示出了嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统的结构示意图，本实施例的嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统主要包括虚拟对象子系统、算法开发子系统、嵌入式控制子系统三个部分。其中，虚拟对象子系统能够模拟实际电熔镁炉生产特性，算法开发子系统用于设计复杂控制算法，而嵌入式控制子系统能够对模拟实际电熔镁炉生产的虚拟对象子系统进行运行反馈控制，同时可以进行过程监控。上述的算法开发子系统的输出端连接嵌入式控制子系统，上述嵌入式控制子系统基于算法开发子系统生成的运行反馈控制算法控制所述虚拟对象子系统进行电熔镁炉的闭环实验。本实施例中的虚拟对象子系统与算法开发子系统的硬件部分采用但不局限于工业控制计算机。上述的嵌入式控制子系统的硬件部分由嵌入式控制器和工业显示屏实现组成。其中，嵌入式控制器采用但不局限于基于IntelAtomE3800系列处理器的嵌入式CPU主板作为处理器主控板。上述的虚拟对象子系统与嵌入式控制子系统硬件之间采用但不局限于串口进行连接，实现数据传输；算法开发子系统与嵌入式控制子系统硬件之间则采用但不局限于以太网口进行连接，实现数据传输。本实施例中，虚拟对象子系统与嵌入式控制子系统的接口均采用的是全双工的RS232接口，RS232接口可以同时发送和接收数据，只需要一根串口线将两者连接进而实现数据传输。为更好的理解本实施例的内容，以下对每个系统的编程和运算过程进行详细说明。虚拟对象子系统软件部分：虚拟对象子系统软件部分由基于MATLAB/M文件开发的模型软件和基于Wincc开发的虚拟对象模型界面两部分组成，该软件功能是能够模拟真实的电熔镁炉生产特性。本实施例中，虚拟对象子系统软件中的模型软件主要运行单吨能耗模型和电流模型。单吨能耗模型是指熔炼过程产品的单吨能耗与熔炼电流、熔炼电压、供电系统的功率因数、弧长系数、加料时间间隔、综合热效率等多个变量之间的对应关系；电流模型是指三相电极电流与控制器输出的控制量即控制三相电极上下移动的电机的转速频率随时间变化的对应关系。虚拟对象子系统软件中的虚拟对象模型界面能够使实验人员/操作人员实时掌握训练模型(电流模型和单吨能耗模型)过程中各项信息，包括三相电极电流、电压的曲线和各个性能指标的实时显本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统，其特征在于，包括：用于模拟实际电熔镁炉生产特性的虚拟对象子系统；用于开发适用电熔镁炉运行反馈控制算法的算法开发子系统；用于对模拟实际电熔镁炉生产的虚拟对象子系统进行运行反馈控制的嵌入式控制子系统，所述算法开发子系统的输出端连接所述嵌入式控制子系统，所述嵌入式控制子系统基于所述算法开发子系统生成的运行反馈控制算法控制所述虚拟对象子系统进行电熔镁炉的闭环实验。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式电熔镁炉运行反馈控制实验系统，其特征在于，包括：用于模拟实际电熔镁炉生产特性的虚拟对象子系统；用于开发适用电熔镁炉运行反馈控制算法的算法开发子系统；用于对模拟实际电熔镁炉生产的虚拟对象子系统进行运行反馈控制的嵌入式控制子系统，所述算法开发子系统的输出端连接所述嵌入式控制子系统，所述嵌入式控制子系统基于所述算法开发子系统生成的运行反馈控制算法控制所述虚拟对象子系统进行电熔镁炉的闭环实验。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述算法开发子系统和所述嵌入式控制子系统采用以太网口方式连接，所述虚拟对象子系统和所述嵌入式控制子系统采用串口方式连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述虚拟对象子系统的硬件组件和算法开发子系统的硬件组件相互独立。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在闭环实验中，所述虚拟对象子系统的输出包括：三相电极电流模型输出，即电流信息和单吨能耗模型输出，即产品单吨能耗信息。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述虚拟对象子系统运行的模型包括：以电机转速频率为输入、三相电极电流为输出的电流模型；以三相...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志伟，乔超宇，陈水城，迟瑛，张杰卿，刘腾飞，柴天佑，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21