基于多数据源的连铸软测量模型校正方法研究-论文.pdf

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1、化工自动化及仪表第42卷基于多数据源的连铸软测量模型校正方法研究张晓杰纪振平(沈阳理工大学信息科学与工程学院，沈阳110159)摘要针对铸坯凝固传热软测量模型的准确性问题，提出了基于多数据源的模型校正方法。首先在铸坯不同位置测量其表面温度，然后根据测量数据和凝固传热数学模型的计算数据将参数辨识问题转化为参数优化问题，采用自适应粒子群优化算法进行模型参数辨识。最后利用凝固坯壳厚度的测量数据验证传热模型的准确性，结果表明：校正后的凝固传热模型可以满足工程应用要求，可用于实际连铸机的计算分析。关键词连铸软测量模型凝固传热模型校正自适应粒子群优化算法中图分类号TQ026．7文献标识码A文章

2、编号1000—3932(2015)03-0296-04连铸是钢铁生产过程的核心环节，连铸传热过程中的潜热释放过程等效为比热的增加。因沿模型可以实现铸坯的凝固状态和温度场分布的软拉坯方向热传导相对较小，故忽略该方向的传热。测量，是进行连铸工艺优化和精确控制的基础，对建立连铸坯二维传热模型：提高连铸产品质量具有重要作用。而凝固传热模警=去(ka。T)+专(kdyT)㈩型的准确性是模型应用的前提⋯，其中决定模型式中c——等效比热容，C：dH／dT，准确性的边界条件中，二冷区各冷却段对流换热J／(kg·K)；系数的确定是难点和关键。日——热焓；连铸机二冷区各冷却段对流传热系数主要由k——等

3、效导热系数，w／(m·K)；冷却水流量、铸坯表面温度及设备结构等因素决——铸坯温度，℃；定。但由于连铸机的设备参数各异，且生产P——钢液密度，kg／m。钢种和喷嘴的型号不同，使得每台连铸机的模型假设P、H、k是温度和钢种成分的函数。模边界条件各异，因此模型的边界条件必须结合连型的初始条件忽略中间包到弯月面的温降，即：铸机的具体测量数据来确定。由于对实际连铸机r，(，Y，0)=T(2)各冷却段对流换热系数缺乏直接的检测手段，因式中——中间包钢水温度。此通常采用间接检测与之相关的物理量再通过反结晶器边界条件为：演计算的方法得到对流换热系数。这个反演计算一：A—日(3)d过程可以转化成参

4、数优化问题。式中A、B——常数，通过测量结晶器进出口水笔者通过在二冷区内、外测量铸坯表面温度温差计算得到；建立测量数据集进行传热模型参数修正(即传热t——铸坯自弯月面开始在结晶器中逆模型求解)，由于凝固传热模型求解过程存在已经历的时间。相变而得不到解析解，因此采用群智能优化算法二冷区边界条件为：求解。为确保模型的准确性，需结合凝固坯壳厚度的测量数据来验证模型的准确性。一an=hi(T—Tw．te,)+[(+273)一1连铸凝固传热模型建立1．1凝固传热数学模型收稿日期：2014-11-14(修改稿)将连铸过程中的对流换热等效为导热，凝固基金项目：国家自然科学基金项目(6127317

5、8)第3期张晓杰等．基于多数据源的连铸软测量模型校正方法研究297(T+273)](4)索空间中的一只鸟的位置，称这些鸟为“粒子”。式中h——二冷区第i冷却段换热系数，所有的粒子都有一个被优化函数决定的适应值W／(m·K)；(候选解)和一个决定它们飞翔方向与距离的速一冷却水温度，oC；度。PSO算法初始化为一群随机粒子(随机候选——环境空气温度，℃；解)，然后通过迭代找到最优解。其中一个是粒——辐射系数；子自身所找到的当前最优解，这个解称为个体极——斯蒂芬一波尔兹曼常数，值P；另一个是整个群体当前找到的最优解，这W／(m·K)。个解称为全局极值g。PSO算法数学表示为：D模型采用有

6、限容积法进行离散化，并采用交维搜索空间中，有Ⅳ个粒子，其中第i个粒子的位差隐式算法进行求解。置是X=(，⋯，)，其速度为Vi=(⋯1．2传热系数，)，其中，i=1，2，⋯，J7、r。记第i个搜索到的在凝固传热模型中，二冷区冷却段传热系数最优位置为P=(PP⋯，P∞)，也称P，整个的确定是模型计算的关键和难点，根据喷淋方式粒子群搜索到的最优位置为P=(PP⋯，的差异，二冷区各冷却段换热系数与水流密度的P。)，也称g。粒子状态更新操作为：(t+1)=W×(f)+clr1×[P一(t)]+c2r2[Psd—关系采用不同的经验公式确定。喷水冷却和气雾xla()]，i=1，2，⋯，N，d=1

7、，2，⋯，D(8)冷却时二冷区各冷却段换热系数的经验公式分别为：d(t+1)=(t)+(t+1)(9)!!1二：!：：l(5)E[一⋯，⋯]Otih=lO00w／or(6)式中c、c：——学习因子，是非负常数；式中——水流密度，L／(m·s)；r、r——介于[0，1]之间的随机数；f——当前迭代次数；a——与设备有关的待辨识参数。——2凝固传热模型校正⋯之前设定的最大速率(边界值)；2．1凝固传热模型校正方法——非负常数，称为惯性因子。标准PSO存在容易早熟和陷入局部