中厚板冷却过程温度场模型及其最优跟踪控制的研究

论文摘要

中厚板轧后控制冷却是提高产品质量和开发高附加值产品的重要技术措施。控制冷却数学模型是实现控制冷却的核心部分,而控制冷却温度场模型又是控制冷却数学模型的核心。虽然近年来国内外的研究人员已开发了各种不同的控制冷却数学模型,但是其模型的核心内容均未公开发表,并且很少有人单独对控制冷却过程中的温度场变化路径进行深入分析和研究。为此,本文的主要研究工作如下：(1)结合国内某中厚板厂控制冷却系统改造工程,对中厚板控冷系统的控制模块功能及相应的冷却控制策略、层流冷却模式和集管的排布组合方式对冷却速率大小控制策略进行分析。(2)根据中厚板控制冷却的特点,在分析中厚板冷却过程中传热过程的基础上,对中厚板层流冷却过程温度场模型进行深入研究,建立差分格式的模型,并采用交替方向法使其更具简洁性和实用性。(3)引入最优控制理论知识,以温度场空间模型为状态方程,建立中厚板控制冷却时温度跟踪的线性二次型性能指标,然后运用庞特里亚金最小值原理进行推导分析,求出最优控制参数的必要条件。(4)首先选取模拟钢板合适的物性参数,结合现场生产试验数据,采用共轭梯度优化算法,求解集管最优水流密度；然后模拟控制冷却过程的温度场,并加以分析。模拟路径图表明,采用线性二次型性能指标与温度场的状态空间模型相结合的最优跟踪控制方法,能够进一步提高中厚板终冷温度的控制精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 控制冷却原理
• 1.3 中厚板控制冷却的发展与现状
• 1.3.1 国外中厚板控制冷却的发展与现状
• 1.3.2 国内中厚板控制冷却的发展与现状
• 1.3.3 控制冷却技术的发展前景
• 1.4 最优控制理论的发展和应用
• 1.5 本文研究的目的和内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 中厚板控制冷却系统
• 2.1 中厚板层流冷却系统概述
• 2.1.1 层流冷却系统设备
• 2.1.2 层流冷却系统设计的基本思想
• 2.2 中厚板层流冷却自动化系统及其功能
• 2.2.1 层流冷却基础自动化系统功能
• 2.2.2 层流冷却过程自动化系统功能
• 2.2.2.1 过程控制
• 2.2.2.2 过程跟踪
• 2.3 中厚板层流冷却集管及其控制策略
• 2.3.1 层流冷却模式
• 2.3.2 集管排布组合方式
• 2.3.3 集管喷水流量控制
• 2.3.4 上下水量比控制
• 2.4 本章小结
• 第三章 中厚板冷却过程温度场模型
• 3.1 中厚板冷却的传热过程
• 3.1.1 冷却过程中的传导传热
• 3.1.2 冷却过程中的对流传热
• 3.1.3 冷却过程中的辐射传热
• 3.2 中厚板导热过程的分析
• 3.2.1 一维非稳态导热过程的分析
• 3.2.2 二维非稳态导热过程的分析
• 3.3 中厚板冷却过程温度场差分模型的建立
• 3.3.1 差分格式的选取
• 3.3.2 温度场差分模型的建立
• 3.4 本章小结
• 第四章 中厚板冷却过程温度场最优跟踪控制
• 4.1 基本概念
• 4.1.1 状态空间描述的基本概念
• 4.1.2 最优控制的基本概念
• 4.1.2.1 最优控制的基本问题
• 4.1.2.2 最优控制问题的实质
• 4.1.2.3 最优控制问题的性能指标
• 4.1.2.4 最优控制问题的提法
• 4.1.3 线性二次型最优控制
• 4.1.3.1 线性二次型问题
• 4.1.3.2 线性二次型的最优跟踪控制问题
• 4.1.4 最小值原理
• 4.2 中厚板冷却过程温度场空间模型
• 4.2.1 水冷换热系数模型
• 4.2.2 采用单一集管冷却时
• 4.2.3 采用多组集管冷却时
• 4.3 单一集管冷却时温度场最优跟踪控制
• 4.3.1 状态方程和性能指标的提出
• 4.3.2 用最小值原理推导
• 4.4 多组集管冷却时温度场最优跟踪控制
• 4.4.1 状态方程和性能指标的提出
• 4.4.2 用最小值原理推导
• 4.5 本章小结
• 第五章 中厚板冷却过程温度场模拟
• 5.1 最优控制参数求解
• 5.1.1 用共轭梯度法求解
• 5.1.2 物性参数与工艺参数选取
• 5.1.3 最优控制参数
• 5.2 温度场模拟及分析
• 5.2.1 单一集管冷却时温度场模拟及分析
• 5.2.2 多组集管冷却时温度场模拟及分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢