步进梁冶金加热炉的建模、优化与调度研究

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1、步进梁冶金加热炉的建模、优化与调度研究摘要，f冶金加热炉是塾鱼!皇茎过程的重要环节之一，它不但影响着轧钢厂的能耗指标，而且还直接制约着产品的产量和质量。随着能源危机的日益加重和现代社会对产品质量要求的不断提高，以降低能耗、提高产品质量为目的的加热炉建模和优化控制受到了国内外学者重视。从轧制生产线整体出发，运用多种方法建立具有实际意义的加热炉数学模型和确定实行加热炉炉温优化设定策略，设定加热节奏和轧制节奏的匹配，消除工件在轧制线上的冲突是降低钢铁企业能耗，提高企业的经济效益的关键，也是目前国内冶金行业和控制界所共同努力的方向。土卢～冶金加热炉是一典型的复杂工业对象，

2、具有时变、滞后、多变量、分布式参数、耦合等特点，其加热过程包括热力学的、化学的和物理的各种过程。加热炉控制的目的是按照合适加热的节奏，设定加热炉区段炉温，使板坯在炉内充分受热，在板坯出炉时其出炉温度和均热度满足轧制要求，同时要使所消耗的燃料尽量小。目前通常是通过控N；bn热炉区段炉温来达到控制加热炉内板坯温度的目的。本文主要是围绕加热炉炉温动态数学模型、炉温优化设定和多加热炉轧制调度展开了一系列的研究，并取得一定的研究成果。巨要是在以下三个方面：V、◆炉温动态数学模型f1)从加热炉机理分析出发，根据炉内能量平衡方程和基本热传导方程，建立了板坯温度跟踪模型、炉壁温度

3、分布计算模型和炉温动态数学模型，三者互为边界条件，必须联立动态求解，可以实时计算得到加热炉内各块板坯的温度分布和各区段实时炉气温度。f2)运用传统的系统辨识方法理论，考虑加热炉各个区段之间的耦合作用，提出一种改进Kusters辨识模型，根据实际生产数据，运用最小二乘法求解各个参数，最终得到加热炉炉温动态数学模型。f3)提出一种基于霍夫变换的改进Ts模糊建模方法。利用多段线性曲线逼近非线性曲线的原理，首先是利用霍夫变换方法得到非线性系统的结论部分，然后利用聚类的方法，对输入变量的空间进行有效划分，从而确定了模型的前提部分。该法克服了传统TS模型中在输入变量的空间划分

4、中的复杂性，仿真结果验证了该法的有效性和通用性。(4)提出一种增强决策树的模糊建模方法。利用决策树方法对输入变量进行空间划分，在划分的过程中加入专家的经验标准，该法具有简单、快速、计算量小等特点。◆优化炉温设定研究(1)基于板坯温度跟踪模型，建立了基于机理模型的炉温优化设定方法。由于加热炉某一区段内有多块板坯，依据板坯机理模型的输入参数，实时计算求解板坯的温度分布，最后采用加权设定原则，设定各个区段的优化炉温。(2)提出～种基于模糊关系的优化炉温设定模型。在基于机理模型的炉温优化设定和实际生产数据的基础上，建立优化炉温设定的规则库。该法和基于建立模型的优化方法相比

5、，计算量大大降低，较为适合实时在线炉温设定。(3)针对加热炉多区段相互耦合的现象，首次将多变量约束控制算法(MCC)运用在步进梁加热炉的控制中，仿真结果表明较好地消除耦合，且炉温跟踪较为迅速。◆加热炉轧制生产调度研究运用Petri网及其扩展理论，对多台加热炉和轧制生产轧制节奏联合进行研究，建立其调度模型。根据轧机能力实时设定加热板坯的加热节奏和出钢比例，从而调整优化炉温，从整体上降低冶金企业的能耗。上，产—、一。，：。一·一一⋯—————～⋯‘‘一一一——～．——、，。一—‘——～～一一关键讯祭禁蹦龇蹦哒竺竺竺銎堡挈’热轧调度、～一—7(、IIResearchon

6、Modeling，OptimizationandSchedulingofReheatingFurnaceAbstractReheatingfurnaceisoneoftheimpoaantequipmentsofhotrollingprocessinironandsteelplant．Notonlydoesitaffecttheindexesofenergyconsumption，butalsorestrictsthequalityofproduct．Withtheincreaseofenergycrisisandmorerequirementsonproduct

7、quality，moreandmoreresearcherspayattentiontothemodelingandoptimalcontrolofreheatingfurnace．ItisthegoalforhomeresearcherstoadoptseveralmethodstOmodelthereheatingfurnaceandsettheoptimalfumac露temperatures，tosettheheatingvelocityofbilletmatchingtherollingstyleandtoremovetheconflictsofprod

8、uctsi