电熔镁砂熔点高、抗氧化、绝缘性强，是我国的一种重要战略资源，主要用于冶金、化工、航天等行业。电熔镁砂以菱镁矿石为原矿，采用电熔镁炉进行熔炼。电熔镁炉是一种典型高耗能设备，熔炼所需温度在2850℃以上，远高于炼钢电弧炉所需的1700℃，需要采用埋弧方式。熔炼过程中边加入原矿边熔化原矿，其动态特性随原矿的添加和熔炼过程的变化而变化，使得保证产品质量合格且电能消耗最小的最佳熔炼电流在也随之改变。熔炼过程中电流控制系统通过调节三相电极与熔池之间的距离来控制三相电极电流跟踪最佳熔炼电流，只有在正常熔化和加料等不同工况下始终将电极电流控制在最佳熔炼电流范围内并尽量减少电流波动，才能保证产品质量合格且能耗低。
　　电熔镁炉正常熔化和加料两种工况下，电流模型参数埋弧电阻率、熔池电阻率和熔池高度是未知的非线性函数且随熔炼过程和原矿颗粒长度及杂质成分的变化而变化。加料工况下，造成电流模型参数弧柱长度频繁变化。导致被控对象的动态特性始终处于变化之中，使控制器的积分作用失效，采用已有的控制方法难以将电极电流控制在目标范围内。为了保证电极电流很好跟踪最佳熔炼电流，本文通过分析正常熔化和加料两种工况下的电熔镁砂熔炼过程动态特性，提出了两种工况下基于补偿信号的电流自适应PID控制方法，建立了所提控制算法的稳定性和收敛性分析，并通过仿真实验和工业应用验证了所提算法的有效性。本文取得的成果如下:
　　(1)正常熔化和加料两种工况下的基于补偿信号的电流自适应PID控制算法
　　通过分析正常熔化和加料两种工况的熔炼机理，分别建立了两种工况下的电流机理模型。利用电熔镁炉运行在熔炼电流设定值附近的特点，将正常熔化和加料工况下的电流动态模型都表示成确定线性模型和未知高阶非线性项，高阶非线性项可以用前一时刻高阶非线性项及其变化率表示。通过设计基于线性模型的PID控制器、消除前一时刻高阶非线性项的补偿器和消除其变化率的补偿器，分别提出了两种工况下的基于补偿信号的电流自适应PID控制算法。其中，PID控制器和消除前一时刻高阶非线性项补偿器均采用一步最优前馈控制律设计。在正常熔化工况下采用一步最优调节律设计高阶非线性项变化率补偿器，在加料工况下为了抑制补偿信号的波动，采用一步最优控制律设计高阶非线性项变化率补偿器。将所提出的控制算法与文献中的自校正PID控制算法进行仿真比较，表明其控制效果在模型参数未知和变化时均优于自校正PID控制算法。
　　(2)稳定性和收敛性分析
　　针对本文提出的正常熔化工况和加料工况下的两种控制算法，通过对其建立稳定性和收敛性分析，证明了在模型参数发生未知随机变化时，所提算法无需采用参数估计来校正控制器参数，通过补偿信号来改变控制器使该控制器具有了强的鲁棒自适应功能，能够在正常熔化和加料两种工况下始终保证电流控制效果。
　　(3)半实物仿真验证
　　将两种工况下的电流机理模型中的未知变化的非线性函数用未知常数表示，造成的模型误差用未建模动态表示，分别建立了由模型参数未知的近似模型和未建模动态表示的电流仿真模型，采用基于递推最小二乘法和BP神经网络的交替辨识算法对模型参数和未建模动态进行辨识。基于所建立的两个仿真模型，利用电熔镁砂熔炼过程半实物仿真系统来对本文所提算法进行半实物仿真实验，对比了本文所提算法与已有的自校正PID控制方法的控制效果。实验结果表明，在正常熔化和加料两种工况下本文所提算法都能使电极电流很好跟踪熔炼电流设定值，在加料工况下能够有效抑制控制器输出信号波动，优于已有自校正PID控制方法。
　　(4)工业应用
　　将本文所提算法在辽宁省大石桥市某电熔镁砂生产企业的实际熔炼过程进行了工业应用，应用过程中基于不同工况对本文所提两种算法进行切换。应用效果表明，本文提出的基于补偿信号的电流自适应PID控制方法能够在正常熔化和加料等不同工况下使电极电流很好跟踪熔炼电流设定值，降低了单吨合格产品的电能消耗。