步进式加热炉炉温优化及其仿真

论文摘要

对加热炉进行优化控制是通过按照轧机轧制节奏,设定各段炉温以加热钢坯,使之在加热炉内充分受热,在出炉时刻使其温度分布满足轧机的开轧要求,同时还要使得加热过程中所消耗的燃料最少。目前通常是通过控制炉温来达到控制钢坯温度的目的。其中钢坯的最优升温曲线是需要考虑的重要因素,因为只有让钢坯按照理想的升温曲线加热,才能够使得加热炉所消耗的燃料最少,同时使得轧机在轧制过程中所消耗的能量最少。钢坯的加热质量直接影响到加热炉的产量、能源消耗量及热轧机寿命,开发针对加热炉的优化控制系统就是在满足工艺指标的前提下实现最优的经济效益。本文首先对加热炉控制现状进行了归纳、整理,指出了以往加热炉炉温优化控制过程中存在的问题,并说明了炉温优化的重要意义。分析了钢坯的加热机理,并根据实际工程的情况利用有限容积的方法建立了二维的钢坯温度预报模型,为加热炉实现最优炉温的求解奠定了基础。其次建立了包含加热炉能耗最小、钢坯损耗最小、钢坯温度偏差分布最小等约束条件的优化目标函数,并利用优化算法进行了最优炉温分布的求解。对于动态炉温优化补偿问题,本文提出了基于分散推理结构的加热炉炉温分布模糊控制策略。将每一点炉气温度的变化与若干钢坯温度值的变化建立了联系,建立基于分散推理结构的钢坯温度分布模糊控制器,通过将钢坯温度预报曲线与最优钢坯温度分布曲线进行离散对比,将若干钢坯离散点的温度偏差及偏差变化率作为各自二维模糊控制器的输入,通过控制规则输出相应的炉温补偿值,最后对所得到的若干炉温补偿值依照钢坯各离散点距离炉温补偿点的距离因素进行加权综合,最后得到针对炉温补偿点的总输出。最后,经过仿真试验完成了钢坯温升曲线的优化,验证了这种控制方法的有效性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 加热炉基本情况介绍
• 1.2.1 步进梁式加热炉工艺介绍
• 1.3 加热炉炉温优化控制研究现状及意义
• 1.3.1 加热炉炉温优化控制的研究现状
• 1.4 加热炉炉温优化控制的研究意义
• 1.5 传统炉温优化控制过程中存在的问题
• 1.6 本文主要工作
• 2 动态最优炉温分布的确定
• 2.1 引言
• 2.2 炉温目标函数进行优化的必要性
• 2.3 钢坯不同加热方式的比较
• 2.4 钢坯温度预报模型的建立
• 2.4.1 建立钢坯温度预报模型的意义
• 2.4.2 微元体非稳态导热方程及边界条件
• 2.4.3 导热问题的数值求解方法
• 2.4.4 钢坯离散方程的全隐式方程的推导
• 2.4.5 钢坯温度预报模型
• 2.4.6 控制方程及网格生成
• 2.4.7 控制方程的离散化
• 2.4.8 边界温度的求取
• 2.4.9 内部节点温度的求取方程
• 2.5 炉温分布模型的确定
• 2.6 炉温优化目标函数的确定
• 2.6.1 目标函数的优化计算
• 2.6.2 仿真研究
• 2.7 最优炉温分布曲线
• 2.8 本章小结
• 3 模糊控制理论基础
• 3.1 引言
• 3.2 模糊集合
• 3.2.1 模糊集合的概念
• 3.2.2 模糊集合的表示方法
• 3.3 隶属度函数及其确定
• 3.3.1 隶属函数
• 3.3.2 隶属函数的确定
• 3.4 模糊集合的运算
• 3.4.1 模糊关系
• 3.4.2 模糊关系的合成
• 3.5 模糊规则
• 3.5.1 模糊推理
• 3.6 模糊控制原理及其设计方法
• 3.6.1 模糊控制基本工作原理
• 3.7 模糊控制系统的结构简介
• 3.8 本章小结
• 4 基于分散推理结构的炉温动态优化
• 4.1 引言
• 4.2 炉温分布动态补偿基本方案
• 4.3 钢坯温度分散模糊推理决策
• 4.4 动态补偿分量的综合
• 4.5 控制过程仿真
• 4.6 仿真结果分析
• 4.7 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录