面向除尘风机节能的转速闭环控制系统

【摘要】：金属铜对经济建设有巨大的作用,可中国的废杂铜再生企业受到了许多因素的制约。针对熔炼过程资源损耗、环境友好度低等问题,本文构建了风机转速闭环控制系统：利用烟尘图像的特征值与浓度之间的对应关系,改进了风机转速控制算法,通过变频器应用于工业现场。这套系统对优化废铜熔炼过程有重要意义。 本课题主要包含了几个研究部分。 a)考虑到废铜熔炼环境的特殊性,烟尘浓度很难直接测量。因此,本文选择用工业摄像机采集烟尘图像,在分析熔炼炉中不同工序对应烟尘图像的不同特性之后,通过选择与烟尘浓度相关联的图像特征值,构造亮度特征值和细节特征值并以此为依据建模,实现了浓度的快速在线检测； b)烟尘图像在特定的熔炼工序里表现趋于一致。所以对亮度和细节特征值聚类,数据点多数落在几个工况区域内。少数数据点处于边界或落在区域外,对此,本文一方面致力于探究熔炼过程中的干扰因素,针对这些噪声,采用图像分割、滤波等方法减小检测误差,去除误差数据点；另一方面改进聚类算法,采用基于不完备信息的半监督K-means算法,设定典型烟尘数据对应的风机转速,采用多级控制方法。同时提出可以不考虑熔炼现场工况数目,直接将数据点聚为多类,同时在聚类中赋予不同特征值不同的权重,多次实验得到最好聚类方式。根据实际标定样本确定每一级风机的转速,如此可以提高风机的控制精度,达到更好的节能环保效果； c)构造硬件平台和软件,整合改进后的烟尘浓度检测算法和风机调速模型,建立除尘风机转速的闭环控制系统,具有一定的抗扰动性能和良好的运作效果。在文末总结全文,对尚未完全解决的问题提出了未来的努力方向。 【关键词】：废杂铜再生 烟尘浓度 控制系统 图像特征 聚类 检测精度
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP273
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 目录9-11
• 图表目录11-13
• 1 绪论13-22
• 摘要13
• 1.1 课题背景和研究意义13-15
• 1.2 废杂铜再生基本原理和能耗分析15-17
• 1.2.1 废杂铜再生工艺流程15-16
• 1.2.2 目前废铜再生企业节能方式16-17
• 1.3 图像处理技术在熔炼炉烟尘浓度检测的应用17-19
• 1.3.1 图像处理技术的发展和应用17-18
• 1.3.2 图像处理系统18-19
• 1.3.3 基于图像处理的烟尘浓度检测系统19
• 1.4 本文的研究内容、创新点和组织架构19-21
• 1.4.1 研究内容与创新点19-20
• 1.4.2 本文章节组织架构20-21
• 1.5 本章小结21-22
• 2 工频熔炼炉的工艺分析和图像特征提取22-40
• 摘要22
• 2.1 引言22
• 2.2 工频熔炼炉的工艺和图像采集系统22-26
• 2.2.1 废杂铜熔炼工艺分析22-25
• 2.2.2 烟尘图像采集系统25-26
• 2.3 图像特征选择与提取26-38
• 2.3.1 不同工况下的典型烟尘图像26-29
• 2.3.2 图像区域化处理29-32
• 2.3.3 特征值选择32-33
• 2.3.4 特征值提取33-38
• 2.4 本章小结38-40
• 3 基于图像特征的风机转速控制模型40-58
• 摘要40
• 3.1 引言40
• 3.2 数据预处理40-46
• 3.2.1 数据的归一化41
• 3.2.2 均值滤波41-42
• 3.2.3 日光亮度补偿42-44
• 3.2.4 预处理结果44-46
• 3.3 基于K-means聚类算法的改进46-55
• 3.3.1 K-means算法简介46-49
• 3.3.2 半监督K-means聚类算法49-50
• 3.3.3 基于不完备信息的半监督K-Means算法50-52
• 3.3.4 对图像特征值聚类结果52-55
• 3.4 基于图像分类的风机转速控制55-57
• 3.5 总结57-58
• 4 风机转速控制系统实现58-67
• 摘要58
• 4.1 引言58
• 4.2 控制系统方案58-59
• 4.3 硬件平台59-62
• 4.3.1 硬件型号选择59-60
• 4.3.2 硬件系统结构和实物图60-62
• 4.4 软件平台62-65
• 4.4.1 图像传输和处理程序实现63-64
• 4.4.2 转速控制算法64
• 4.4.3 人机界面64-65
• 4.5 系统运行效果65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 5 总结和展望67-69
• 摘要67
• 5.1 总结67-68
• 5.2 展望68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文73

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