基于冶金的化工过程机械电气控制方法研究

顾黎昊

（江苏苏美达成套设备工程有限公司，江苏 南京 210018）

冶金的化工过程是冶金工业的主要过程，冶金工业就是从自然中的矿石提取出所需的金属或金属化合物，再采用一定的加工方法将提取出的金属制成具有一定性能的金属材料的过程和工艺。冶金的化工过程主要包括：干燥、焙解、焙烧、熔炼、精炼、冷凝和蒸馏等过程[1]。在这些过程中矿石经过高温发生一系列的化学变化，从而提取出所需的金属等成分。在冶金的化工过程中机械电气控制方法的设备较为庞大复杂，在冶金过程中工作环境也比较恶劣，受到的干扰大，因此机械电气控制难以有效的实现。在冶金的化工过程中机械电气控制主要包括的内容有电机控制和稳压抗干扰控制两个方面，其中稳压抗干扰控制是冶金的化工过程的关键。在现代的发展中机械电气控制方法主要有神经网络控制方法、BP控制方法与模糊反馈线性控制方法等等，但这些方法在实际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过程机械电气控制方法的研究，为促进冶金工业的发展具有重要的意义。

1 基于冶金的化工过程机械电气控制方法

1.1 设计基于冶金的化工过程机械电气控制模型

对基于冶金的化工过程机械电气控制方法进行设计时，首先要构建冶金的化工过程中机械电气系统结构的模型，再对双向逆变稳压补偿模糊PID控制算法进行设计[3]，从而在理论上实现对冶金的化工过程机械电气控制方法的改进，构建算法模型。

根据实际控制操作的过程中相关硬件模型和设计的情况，对冶金的化工过程机械电气控制方法的建模需要以下方法与过程。将传统方法中双向稳压的PWM整流器的形式设计为全桥式，将冶金的化工过程的电力控制模型设置为以下条件：①保证机械电气控制设备的电路磁性均匀分布；②机械电气控制系统的电压在工作中可以根据工作需要在短时间内切断[4]。在冶金电力的负载情况下需要保证电路中存在一定的惯性。在上述条件设置完成后，继续设置其他机械电气控制设备，对于恢复器串联侧设备中可以采用负载双向补偿控制的方式，将参考电压与负载侧的电压控制到相同的数值，进而采用PID的机械电气控制方式，对冶金电力控制规则进行设计。并通过对功率激励式模型的分析，可以完成对冶金的化工过程机械电气控制结构模型进行数学模型设计，此时系统的输入功率W为：

在上述公式中n表示输入功率。在冶金的化工过程机械电气控制系统中采用常规的PID控制器对机械电气控制设备进行控制，假设机械电气控制系统在t时刻的电流误差发生急剧的变化，且变化值远远大于允许范围之内的最大值，在冶金的化工过程机械电气控制规则中，主要包括“负大”、“负小”、“零”、“正小”与“正大”这几种不同的情况。并且这些变量的取值范围是相同的，这一工作模式可以用下述公式表示：

在这一公式中，Wj表示冶金的化工过程机械电气控制过程中的电压值；Sf表示与其相对应的电流值；Ps表示与其相对应的电阻值；θ表示为冶金的化工过程机械电气控制设备的旋转角度[5]。在对冶金的化工过程机械电气控制结构建模后，其具体的控制方法为以下步骤。首先将机械电气控制设备的参数初始化，将相对应的电力值通过公式计算出来。其次要修改定值，根据需要选择模糊控制器与PID控制器，在通过不同控制器的数据处理后，打开软件转换开关。最后将控制量输出，从而完成整个冶金的化工过程机械电气控制系统的操作。

综上所述，基本实现了冶金的化工过程机械电气控制系统模糊PID控制，但是根据上述阐释可以看出，采用神经元模糊控制的方法更多的是考虑有源单周控制，对于大型冶金的化工过程的机械电气控制稳压补偿和抗干扰性能不好，需要进行进一步的算法改进。

1.2 实现基于冶金的化工过程机械电气控制

根据上述算法模型的建立，对冶金的化工过程机械电气控制进行实现，通过采用双向逆变稳压补偿模糊PID控制来改进冶金化工过程的最优机械电气控制方法。为了对干扰控制率进行计算，将首先采用高阶滑模控制方法，将被测系统的不直接可测试状态的变量输入，并根据上述公式（1）即可得到冶金的化工过程机械电气控制系统的干扰控制率的非线性微分方程的表达式：

其中，fx(X,t)、fθ(X,t)、gx(X,t)、gθ(X,t)都是机械电气控制滑模控制干扰项，在复杂的操作环境中需要进行干扰控制，在进行干扰控制中选取SPIDNN为学习网络，这一学习网络是一个三层前向神经元网络，其结构为2×3×1[6]。

在SIPDNN的神经元网络中的第j个神经元来说，总输入netj等于和它相连的不同支路的输出量x1，x2，…，xn与权重w1j，w2j，…，wnj相乘后的总和，即为 ：

其中netj表示总输入量，wij表示权重，xn表示不同支路的输出量。针对本文所使用的双向逆变稳压补偿模糊PID控制方法，将会得到输出层神经元的输出函数与神经网络中的其他神经元的输出函数相同[7]。通过计算机组最大功率跟踪运行状态下电流矢量数据的信号，从而实现对冶金的化工过程机械电气控制方法的最优优化。

2 仿真实验

为了保证本文设计的冶金的化工过程机械电气控制方法的有效性，下面将对该方法设计进行仿真实验，同时为保证实验结果的准确性，将采用传统的机械电气控制方法与冶金的化工过程的机械电气控制方法进行对比，对比两种技术的实验结果。

在该仿真实验中将利用abaqus在计算机上建立测试虚拟样机，以保证对冶金的化工过程的在线仿真，得出机械电气控制方法的性能。在本文将abaqus这一软件引用到机械电气控制系统的仿真实验中，利用abaqus软件建立模糊数据库、模糊知识库和模糊推理机这些方面。在对机械电气控制系统的性能进行测试时，将利用abaqus软件将程序下载到嵌入式系统中，通过使用232串线或USB等方式，从而完成对机械电气控制系统的性能测试。在实验中机械电气控制设备的输入电压为380V，在实验中测试输入电流、基准电压、输出电压和输出电流得到的实验结果如下表所示。

表1 输入电压为380V的实验结果

为了对比传统方法与本文提出的基于冶金化工过程的机械电气控制方法的有效性，得到控制准确度输出结果如图所示。

根据1图可以看出，冶金化工过程下的机械电气控制方法的准确度与传统的机械电气控制方法的准确度有明显的不同，冶金化工过程下的机械电气控制方法的准确度较传统方法下机械电气控制方法的准确度有大幅度提升与稳定，这一结果表明冶金化工过程下的机械电气控制方法有较高的有效性。因此，冶金化工过程下的机械电气控制方法具有较高的有效性与稳定性，可以进行大范围的推广，对我国机械电气工程的发展具有促进作用。

图1 准确度对比

3 结束语

本文对基于冶金的化工过程机械电气控制方法进行了详细的分析，依托冶金的化工过程，改进了机械电气控制方法，使机械电气控制方法得到了有效的提升。这一方法的提出促进了我国机械电器工业的发展，保证了机械电气工业的工作质量，为机械电气工业的发展提供了新的发展思路与途径。但本文对于冶金的化工过程认识尚不全面，提出了机械电气控制方法有待完善。因此，在今后的研究中将继续着眼于冶金的化工过程，提出更加科学的机械电气控制方法，为我国的机械电气工程的发展提供理论基础与实践案例。