步進(jìn)梁加熱爐爐溫綜合優(yōu)化控制策略研究.pdf

1、步進(jìn)梁加熱爐是冶金領(lǐng)域的一種大型多區(qū)段熱處理設(shè)備，主要用于各類板坯、鑄錠等的退火處理，具有熱工制度靈活、加熱坯料不受尺寸規(guī)格限制等優(yōu)點(diǎn)。近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)對(duì)熱軋產(chǎn)品越來越高的質(zhì)量要求，以及國(guó)家環(huán)保節(jié)能政策的不斷推出，作為冶金工業(yè)的重要耗能設(shè)備，對(duì)步進(jìn)爐加熱過程在燃燒效率、控溫精度以及爐溫均勻性等方面也提出更高的要求。優(yōu)化系統(tǒng)控制過程，提高坯料加熱質(zhì)量、降低爐子能耗、并節(jié)約系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本是加熱爐工程設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。本文以寧夏中色某集團(tuán)公

2、司所建的一座天然氣步進(jìn)梁加熱爐為研究對(duì)象，結(jié)合實(shí)際工藝控制要求，開展以下研究工作:
　　1.進(jìn)行爐溫動(dòng)態(tài)過程建模。采集實(shí)際加熱過程數(shù)據(jù)，利用瞬態(tài)響應(yīng)插值法進(jìn)行模型辨識(shí)，借助MATLAB軟件進(jìn)行模型測(cè)試，比較模型輸出與實(shí)際過程數(shù)據(jù)偏差，驗(yàn)證模型的有效性。
　　2.基于步進(jìn)爐供熱機(jī)制，進(jìn)行銅錠內(nèi)部熱傳導(dǎo)方程的工程簡(jiǎn)化，通過有限元分析法對(duì)模型進(jìn)行離散化，借助MATLAB進(jìn)行銅錠內(nèi)部傳熱行為的仿真計(jì)算，并采用埋敷偶工程試驗(yàn)方法驗(yàn)證銅

3、錠溫度分布仿真計(jì)算的有效性。同時(shí)基于傳熱過程能量守恒法則，在已知銅錠上表面溫度工藝曲線下，反向求解爐溫設(shè)定值，以降低各控溫區(qū)溫度設(shè)定余量及燃料消耗，減小銅錠內(nèi)部溫度偏差。
　　3.針對(duì)步進(jìn)爐爐溫過程模型存在的不確定性參數(shù)攝動(dòng)情況，借助Lyapunov穩(wěn)定性理論和LMI方法，進(jìn)行H∞魯棒穩(wěn)定性分析，推導(dǎo)并獲得系統(tǒng)魯棒漸近穩(wěn)定充分條件及控制器求解方法。對(duì)算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，所得結(jié)論可有效預(yù)估爐溫系統(tǒng)一定參數(shù)攝動(dòng)及擾動(dòng)因素下，系統(tǒng)輸出表現(xiàn)

4、。
　　4.歸納熱電偶工程應(yīng)用中存在的故障情況，建立熱電偶故障數(shù)學(xué)模型，針對(duì)不確定爐溫模型存在的狀態(tài)及控制時(shí)滯，進(jìn)行非脆弱有記憶和無記憶容錯(cuò)狀態(tài)反饋控制器設(shè)計(jì)。通過構(gòu)造合適的Lyapunov-Krasovskii泛函，借助LMI方法獲得系統(tǒng)魯棒漸近穩(wěn)定條件及控制器求解方法，仿真及實(shí)際工程測(cè)試驗(yàn)證了算法的有效性。
　　5.考慮控溫過程熱電偶傳感器故障及外部擾動(dòng)，針對(duì)爐溫系統(tǒng)的多狀態(tài)定常時(shí)滯情況，進(jìn)行魯棒保性能容錯(cuò)設(shè)計(jì)。通過構(gòu)建

5、復(fù)合型Lyapunov-Krasovskii泛函，利用LMI方法，給出滿足一定性能界及具有H∞干擾抑制能力的魯棒二次鎮(zhèn)定充分條件，同時(shí)給出性能上界為最小的魯棒最優(yōu)保性能容錯(cuò)控制器求解方法，仿真及工程測(cè)試驗(yàn)證了算法的有效性。
　　6.針對(duì)步進(jìn)爐燃燒控制環(huán)節(jié)，借助可編程軟件與常規(guī)燃燒設(shè)備配合開發(fā)程控多段位脈沖燃燒控制器，代替硬件分頻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱燒嘴工作時(shí)序及燃燒狀態(tài)的智能控制。實(shí)際應(yīng)用表明，所提出方法能夠節(jié)約系統(tǒng)成本，有效提高爐溫