电弧炉电极调节器的参数自整定
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进 行 自整定 。
靛
３
脚２
１
弧长（ 相对值）
图 １ 电流与弧长关系
２ 比例 系数 自动动态调 整算法
本算法 中，采集实时的电流值，首先使用分类归纳 方法，通过合理的利用计数器，使实时 电流值与计数器 相Hale Waihona Puke Baidu联，然后统计不 同电流 区间对应 的计数器 的和 ，最 后利用计数器 的和值计算 出合适 的比例 系数， 实现 比例
２ ． Ｘ ｉ ’ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｈｅ ｔ Ｅ Ａ Ｆ ，ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｉ ｔ ｖ ｅ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ， ｈｅ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ
电弧炉 电极调节器的参数 自整定
朱 贺 一，韩 星２ ，姜 子晴２
（ １ ．国家钢铁冶炼装备系统集成工程 技术研究 中心，重庆 ４ ０ １ １ ２ ２ ；２ ． 西安电炉研究所有 限公 司，陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ １ ）
摘要 ：通过对电弧炉实际电流值 的分析，采用分类归纳 的方法 ，提 出了一种具有 自学习功能的 Ｐ Ｉ Ｄ 参数 自整 定算法，通过实践证
Ｋｅ ｙ ＷＯ ｒ ｄ ｓ ：Ｅ Ａ Ｆ ； ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎｄ ａ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ；Ｐ Ｉ Ｄ； ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ
广 泛 应用于 冶 金行 业 的电 弧炉是 一个 随机 干 扰十 分 严 重的 非线性 时变 系统 ， 目前使 用最 广泛 的 电弧炉 电极调节 系统 采用 Ｐ Ｉ Ｄ 调节器 进行控 制，虽 然 Ｐ Ｉ Ｄ调
１ ８
案
扣 熟
２ ０ １ ３年 第 ４ ２卷 第 １ 期
Ｖ Ｏ１ ． ４２ Ｎ Ｏ．１ ２Ｏ１ ３
ｌ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＨＥＡＴＩ ＮＧ
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ．ｉ ｓ ｓ ｎ ．１ ０ ０ ２ — １ ６ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ６
５
４
节器 对于 系统 参数 的扰 动具有 较 好鲁棒 性 ，但是 由于
电弧 炉控制 对象 的非线性 和模型参 数 的时变性 ， Ｐ Ｉ Ｄ控 制难 以达 到很 好 的控制 效果 ，例 如 当初 次运 转 以及 工 况 发生较大 变化 时，都需 要重新 整定 Ｐ Ｉ Ｄ 参 数，否 则 系统 将 会发 生等 幅振 荡或 者发散 振荡 ，这 给冶 炼过 程 带 来 了极大 的不 便 。本 文 主要介 绍 了一种 算法 ，在 基 于Ｐ Ｉ Ｄ控 制的基 础上， 能够 在运 行过程 中对 Ｐ Ｉ Ｄ参 数
ＺＨＵ Ｈｅ 一 ，ＨＡＮ Ｘｉ ｎ ｇ ，Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｚｉ ｑ ｉ ｎ ｇ
（ １ ． Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ Ｉ ｒ ｏ ｎ＆ Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｍａ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ Ｉ ｎ ｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｃ ｈ ｏ ｎ ｇ ｑ ｉ ｎ ｇ ４ ０ １ １ ２ ２ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
ｌ 电弧弧长与 电弧 电流有效值关 系
对 电弧炉控制系统来说， 电弧弧长与 电弧 电流有效
值是一个非常重要 的关系，由于 电弧炉 主电路 时间常 数
远小于 电极调节 系统 的等效时间常数 ，因此可将电弧炉
主电路视为一个静 态环节［ １ － ３ ］ ，其主 电路的 电弧弧长与电 弧 电流之 间的非线性 关系如 图 １ 所示， 由于对象具有较 强的非线性 ，并且 由于工况的变化经常发生多种形式的
系数 自动动态调 整，做 到实 际电流 与设定 电流偏差大 ，
即电流波动 大时，相 应的 比例 系数 自动 减小 ，但不能小 于一个最小 限定值 。
扰动 ，所 以，时变的 Ｐ Ｉ Ｄ控制参数在调 节器控制过程 中 就显得 尤为 重要 。
该算法保证 了当电弧炉刚开 始冶炼时 比例系数从一 个 很小值 开始，而熔 池升温 阶段 比例 系数 达到标 准值 ， 这样保证 了起 弧阶段平稳，而熔池阶段电极调节灵敏 。
ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｗｉ ｈ ｔ ｓ ｅ ｌ ｆ － ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｆ ｕ ｎ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ．Ｔｈ ｅ ｐ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｐ ｏｖ ｒ ｅ ｓ ｈｅ ｔ ａ ｌ ｇ ｏ ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｉ ｓ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｉ ｔ ｖ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｖ ａ ｉ ｌ ａ ｂ ｌ ｅ ．
明 了算法的有效性。
关键词 ：电弧炉 ；分类归纳 ；Ｐ Ｉ Ｄ；自整定 中 图分类号 ：Ｔ Ｆ ７ ４ １ ． ５ ；Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ． ２ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ２ － １ ６ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ８ — ０ ３
Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ Ｒｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｅ Ａ Ｆ
靛
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１
弧长（ 相对值）
图 １ 电流与弧长关系
２ 比例 系数 自动动态调 整算法
本算法 中，采集实时的电流值，首先使用分类归纳 方法，通过合理的利用计数器，使实时 电流值与计数器 相Hale Waihona Puke Baidu联，然后统计不 同电流 区间对应 的计数器 的和 ，最 后利用计数器 的和值计算 出合适 的比例 系数， 实现 比例
２ ． Ｘ ｉ ’ ｎ ａ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ Ｃ ｏ ． Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｘ ｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ０ ６ １ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ａ ｌ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｈｅ ｔ Ｅ Ａ Ｆ ，ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈｅ ｔ ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｉ ｔ ｖ ｅ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ， ｈｅ ｔ ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ
电弧炉 电极调节器的参数 自整定
朱 贺 一，韩 星２ ，姜 子晴２
（ １ ．国家钢铁冶炼装备系统集成工程 技术研究 中心，重庆 ４ ０ １ １ ２ ２ ；２ ． 西安电炉研究所有 限公 司，陕西 西安 ７ １ ０ ０ ６ １ ）
摘要 ：通过对电弧炉实际电流值 的分析，采用分类归纳 的方法 ，提 出了一种具有 自学习功能的 Ｐ Ｉ Ｄ 参数 自整 定算法，通过实践证
Ｋｅ ｙ ＷＯ ｒ ｄ ｓ ：Ｅ Ａ Ｆ ； ｃ ｌ ａ ｓ ｓ ｉ ｉ ｆ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎｄ ａ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｅ ｈｏ ｔ ｄ ；Ｐ Ｉ Ｄ； ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ
广 泛 应用于 冶 金行 业 的电 弧炉是 一个 随机 干 扰十 分 严 重的 非线性 时变 系统 ， 目前使 用最 广泛 的 电弧炉 电极调节 系统 采用 Ｐ Ｉ Ｄ 调节器 进行控 制，虽 然 Ｐ Ｉ Ｄ调
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案
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２ ０ １ ３年 第 ４ ２卷 第 １ 期
Ｖ Ｏ１ ． ４２ Ｎ Ｏ．１ ２Ｏ１ ３
ｌ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＨＥＡＴＩ ＮＧ
ＤＯ Ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ．ｉ ｓ ｓ ｎ ．１ ０ ０ ２ — １ ６ ３ ９ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ０ ６
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节器 对于 系统 参数 的扰 动具有 较 好鲁棒 性 ，但是 由于
电弧 炉控制 对象 的非线性 和模型参 数 的时变性 ， Ｐ Ｉ Ｄ控 制难 以达 到很 好 的控制 效果 ，例 如 当初 次运 转 以及 工 况 发生较大 变化 时，都需 要重新 整定 Ｐ Ｉ Ｄ 参 数，否 则 系统 将 会发 生等 幅振 荡或 者发散 振荡 ，这 给冶 炼过 程 带 来 了极大 的不 便 。本 文 主要介 绍 了一种 算法 ，在 基 于Ｐ Ｉ Ｄ控 制的基 础上， 能够 在运 行过程 中对 Ｐ Ｉ Ｄ参 数
ＺＨＵ Ｈｅ 一 ，ＨＡＮ Ｘｉ ｎ ｇ ，Ｊ Ｉ ＡＮＧ Ｚｉ ｑ ｉ ｎ ｇ
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ｌ 电弧弧长与 电弧 电流有效值关 系
对 电弧炉控制系统来说， 电弧弧长与 电弧 电流有效
值是一个非常重要 的关系，由于 电弧炉 主电路 时间常 数
远小于 电极调节 系统 的等效时间常数 ，因此可将电弧炉
主电路视为一个静 态环节［ １ － ３ ］ ，其主 电路的 电弧弧长与电 弧 电流之 间的非线性 关系如 图 １ 所示， 由于对象具有较 强的非线性 ，并且 由于工况的变化经常发生多种形式的
系数 自动动态调 整，做 到实 际电流 与设定 电流偏差大 ，
即电流波动 大时，相 应的 比例 系数 自动 减小 ，但不能小 于一个最小 限定值 。
扰动 ，所 以，时变的 Ｐ Ｉ Ｄ控制参数在调 节器控制过程 中 就显得 尤为 重要 。
该算法保证 了当电弧炉刚开 始冶炼时 比例系数从一 个 很小值 开始，而熔 池升温 阶段 比例 系数 达到标 准值 ， 这样保证 了起 弧阶段平稳，而熔池阶段电极调节灵敏 。
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明 了算法的有效性。
关键词 ：电弧炉 ；分类归纳 ；Ｐ Ｉ Ｄ；自整定 中 图分类号 ：Ｔ Ｆ ７ ４ １ ． ５ ；Ｔ Ｐ ２ ７ ３ ． ２ 文献标志码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０ ０ ２ － １ ６ ３ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ １ ８ — ０ ３
Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｓ ｅ ｌ ｆ － ａ ｄ ｊ ｕ ｓ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｄ ｅ Ｒｅ ｇ ｕ ｌ ａ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ Ｅ Ａ Ｆ