專利名稱：連續(xù)退火爐在線控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種連續(xù)退火爐在線控制方法，具體地說是一種采用計(jì)算機(jī)通過數(shù)學(xué)模型對(duì)大型連續(xù)退火爐進(jìn)行在線控制操作的方法。
現(xiàn)有技術(shù)中，大型連續(xù)退火爐一般采用裝備有各種爐溫、帶溫儀表的小回路控制和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由人工設(shè)定爐溫來間接控制帶溫，是一種以控制帶鋼出爐溫度為主的串級(jí)控制系統(tǒng)。而整座退火爐結(jié)構(gòu)龐大，爐內(nèi)既有加熱又有冷卻，傳熱方式差別很大，機(jī)理復(fù)雜，再加上帶鋼鋼種、規(guī)格、退火曲線及機(jī)組速度經(jīng)常發(fā)生變化，而爐子熱慣性又大，致使工況難以穩(wěn)定。由于上述控制系統(tǒng)未直接對(duì)爐內(nèi)目標(biāo)帶溫進(jìn)行控制，使某些爐區(qū)按工藝要求實(shí)施分程調(diào)節(jié)時(shí)出現(xiàn)臨界振蕩，在機(jī)組突然大幅度降速時(shí)，若無人工及時(shí)干預(yù)，會(huì)造成熱瓢曲甚至斷帶的嚴(yán)重故障，而且能耗大。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，產(chǎn)生了采用計(jì)算機(jī)通過數(shù)學(xué)模型對(duì)大型退火爐進(jìn)行控制的方法。其所采用的數(shù)學(xué)模型多為靜態(tài)數(shù)學(xué)模型、經(jīng)驗(yàn)型簡(jiǎn)單動(dòng)態(tài)模型等，都沒能對(duì)整爐的爐溫、帶溫分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)描述，無法實(shí)現(xiàn)在線操作控制。
本發(fā)明的目的是提供一種連續(xù)退火爐在線控制方法，通過建立退火爐整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成基于模型定量計(jì)算和基于人工經(jīng)驗(yàn)定性推理的混合智能控制系統(tǒng)，對(duì)大型退火爐進(jìn)行在線計(jì)算機(jī)控制操作。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種連續(xù)退火爐在線控制方法，通過以熱傳導(dǎo)理論為依據(jù)，建立退火爐整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算和基于人工經(jīng)驗(yàn)定性推理的混合智能控制系統(tǒng)，具體步驟如下1.系統(tǒng)通過管理計(jì)算機(jī)輸入帶鋼鋼種、規(guī)格，退火曲線等工藝參數(shù)，送入過程計(jì)算機(jī)，2.過程計(jì)算機(jī)通過測(cè)量?jī)x表等基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施采集各測(cè)點(diǎn)位置的爐溫、帶溫、機(jī)組運(yùn)行速度及當(dāng)前操作條件等參數(shù)，3.上位計(jì)算機(jī)從過程計(jì)算機(jī)讀取上述參數(shù)，由混合智能控制系統(tǒng)進(jìn)行控制a.基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算的優(yōu)化控制，得出各爐段爐溫控制增量，b.基于快慢變量分離的預(yù)設(shè)定，將快變量從系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中分離出來，對(duì)快變量變化引起的各爐段爐溫補(bǔ)償控制增量進(jìn)行預(yù)設(shè)定，c.在經(jīng)典PID(比例積分微分控制)基礎(chǔ)上引入人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行閉環(huán)反饋智能校正，定性推理得出各爐段爐溫控制增量，d.對(duì)上述基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算和基于經(jīng)驗(yàn)定性推理所得的三種控制增量進(jìn)行混合智能協(xié)調(diào)，確定各爐段爐溫總控制量，e.將經(jīng)混合智能協(xié)調(diào)確定的各爐段爐溫總控制量按照數(shù)量和邏輯關(guān)系進(jìn)行爐溫分配，經(jīng)多通道分程等求出各種控制信號(hào)，4.過程計(jì)算機(jī)從上位計(jì)算機(jī)讀取上述控制信號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施的各種調(diào)節(jié)器施加于生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)在線閉環(huán)控制。
本發(fā)明所建立的整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為用偏微分方程表示的帶鋼溫度動(dòng)態(tài)分布數(shù)學(xué)模型，將退火爐按帶鋼移動(dòng)方向展開，并建立x、y、z三維空間坐標(biāo)系，其中x、y和z方向分別代表帶厚、爐長(zhǎng)、爐寬方向，假設(shè)爐寬Z方向帶鋼溫度梯度為零，帶鋼的比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)均為常數(shù)，根據(jù)富里哀導(dǎo)熱定律，得到描述全爐帶溫動(dòng)態(tài)分布的二維不穩(wěn)定導(dǎo)熱方程∂T(x,y,t)∂t=KsCρ[∂2T(x,y,t)∂x2+∂2T(x,y,t)∂y2]-v(t)∂T(x,y,t)∂y----(1)]]>其中T(x1y1t)為帶溫t為時(shí)間，t≥0C為帶鋼的比熱ρ為帶鋼的密度Ks為帶鋼的導(dǎo)熱系數(shù)v(t)為機(jī)組速度確定求解方程(1)所需的帶鋼上下表面邊界條件，再采用時(shí)空離散化技術(shù)進(jìn)行處理，將式(1)化為以爐溫為控制向量、帶溫為狀態(tài)向量的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型。
本發(fā)明所建立的整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型也可以是用偏微分方程表示的帶鋼溫度跟蹤數(shù)學(xué)模型，將退火爐按帶鋼移動(dòng)方向展開，并建立x、y移動(dòng)坐標(biāo)系，其中x、y分別為跟蹤單元在帶厚和爐長(zhǎng)方向上的位置，忽略帶鋼沿爐長(zhǎng)方向的橫向熱傳導(dǎo)，則帶鋼任意小單元的移動(dòng)就可視為邊界場(chǎng)的移動(dòng)，假設(shè)帶鋼的比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)均為常數(shù)，根據(jù)富里哀導(dǎo)熱定律，得到描述帶鋼溫度跟蹤的一維小穩(wěn)定導(dǎo)熱方程∂TSf(x,t)∂t=KsCρ∂2TSf(x,t)∂x2----(1a)]]>其中TSf為跟蹤單元的溫度t為時(shí)間，t≥0C為帶鋼的比熱ρ為帶鋼的密度Ks為帶鋼的導(dǎo)熱系數(shù)確定求解方程(1a)所需的帶鋼上下表面邊界條件，再采用時(shí)空離散化技術(shù)進(jìn)行處理，將式(1a)化為以帶溫為狀態(tài)變量、爐溫為控制變量的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型。在較穩(wěn)定的工況下，帶鋼溫度跟蹤數(shù)學(xué)模型與帶鋼溫度動(dòng)態(tài)分布數(shù)學(xué)模型等價(jià)，可由結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算量小的帶鋼溫度跟蹤數(shù)學(xué)模型反映全爐帶溫分布規(guī)律。
基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算的優(yōu)化控制首先要對(duì)數(shù)學(xué)模型中受鋼種、規(guī)格、機(jī)組速度、爐況等影響的參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)，然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)補(bǔ)償帶溫偏差所需的爐溫調(diào)節(jié)量，最后根據(jù)所取目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到各爐段爐溫控制增量。
基于快慢變量分離的預(yù)設(shè)定是將機(jī)組速度V作為快變量從數(shù)學(xué)模型中分離出來，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出V變化ΔV時(shí)所需的爐溫動(dòng)態(tài)補(bǔ)償量，對(duì)速度變化所引起的各爐段爐溫補(bǔ)償控制增量進(jìn)行預(yù)設(shè)定。
閉環(huán)反饋智能校正所引入的人工經(jīng)驗(yàn)主要包括帶溫大偏差時(shí)加大比例作用，中偏差時(shí)中等比例加積分作用，小偏差時(shí)減小比例作用，并且在超調(diào)時(shí)加上積分作用，回調(diào)時(shí)取消積分作用，帶溫偏差的大中小也是由人工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定的。
混合智能協(xié)調(diào)是將三種控制增量分別記作μ1、μ2、μ3，總控制量為μ，根據(jù)過程機(jī)理和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)建立三種控制量與總控制量映射關(guān)系知識(shí)庫{μ1、μ2、μ3}→μ，通過知識(shí)推理獲得各爐段爐溫總控制量μ。


圖1為本發(fā)明方法的多級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本發(fā)明方法的混合智能控制過程流程圖。
圖3為連續(xù)熱鍍鋅退火爐結(jié)構(gòu)及流程示意圖。
下面結(jié)合附圖并以將本發(fā)明方法用于連續(xù)熱鍍鋅退火爐的在線控制為實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳述。
圖3所示的連續(xù)熱鍍鋅退火爐為立式結(jié)構(gòu)，由預(yù)熱F1、還原F2、控冷F3和噴冷C1四段組成，這四段共有16個(gè)爐區(qū)。在預(yù)熱段F1的入口和每個(gè)爐段的出口各安裝有一帶溫測(cè)量?jī)x表1RT-5RT，可獲得5個(gè)帶溫測(cè)量值。在每個(gè)爐區(qū)安裝有一爐溫測(cè)量?jī)x表1TC-16TC，可獲得16個(gè)帶溫測(cè)量值。預(yù)熱段F1通過直接燃燒加熱帶鋼并清潔帶鋼表面，加熱過量易引起爐內(nèi)斷帶或熱瓢曲，加熱不足又不能清潔帶鋼表面從而影響鍍鋅質(zhì)量。還原段F2用兩面對(duì)稱的許多輻射管加熱繼續(xù)提高帶溫，該段出口處的帶溫3RT決定了產(chǎn)品的機(jī)械性能因而要求嚴(yán)格。控冷段F3通過輻射管冷卻降溫，噴冷段C1則用冷卻氣體直接冷卻帶鋼，出爐帶溫5RT直接影響鍍鋅質(zhì)量，既不能偏高又不能偏低。整個(gè)退火過程必須滿足一定的退火曲線。
本發(fā)明通過以熱傳導(dǎo)理論為依據(jù)，建立退火爐整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成基于模型定量計(jì)算和基于人工經(jīng)驗(yàn)定性推理的混合智能控制系統(tǒng)，滿足退火曲線的要求。系統(tǒng)采用多級(jí)遞階控制結(jié)構(gòu)，如圖1所示，過程計(jì)算機(jī)由基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施采集并由管理計(jì)算機(jī)讀入各種參數(shù)，上位計(jì)算機(jī)從過程計(jì)算機(jī)讀取上述參數(shù)，進(jìn)行混合智能控制，得出控制信號(hào)，由過程計(jì)算機(jī)經(jīng)基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施施加于生產(chǎn)過程，對(duì)連續(xù)熱鍍鋅退火爐進(jìn)行閉環(huán)在線控制。
實(shí)施例中用于定量計(jì)算爐溫控制量的數(shù)學(xué)模型是用偏微分方程表示的帶鋼溫度動(dòng)態(tài)分布數(shù)學(xué)模型。將熱鍍鋅退火爐按帶鋼移動(dòng)方向展開，并建立x、y、z三維空間坐標(biāo)系，其中x、y和z方向分別代表帶厚、爐長(zhǎng)和爐寬方向，假設(shè)爐寬Z方向帶鋼溫度梯度為零，帶鋼的比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)均為常數(shù)，根據(jù)富里哀導(dǎo)熱定律，得到描述全爐帶溫動(dòng)態(tài)分布的二維不穩(wěn)定導(dǎo)熱方程∂T(x,y,t)∂t=KsCρ[∂2T(x,y,t)∂x2+∂2T(x,y,t)∂y2]-v(t)∂T(x,y,t)∂y----(1)]]>其中T(x，y，t)為帶溫t為時(shí)間，t≥0C為帶鋼的比熱ρ為帶鋼的密度KS為帶鋼的導(dǎo)熱系數(shù)
v(t)為機(jī)組速度確定求解方程(1)所需的帶鋼上下表面邊界條件爐內(nèi)帶鋼表面與退火爐之間的能量傳遞主要是輻射和對(duì)流，假設(shè)帶鋼上下表面的傳熱對(duì)稱，則只考慮帶鋼下表面的邊界條件，得到帶鋼下表面熱流密度關(guān)系式q(y，t)＝ε(y)Faσ[TZ4(y，t)－T4(0，y，t)]＋hcFa[TZ(y，t)－T(0，y，t)]……(2)其中q(y，t)為帶鋼下表面熱流密度Fa為有效傳熱面積σ為斯蒂芬-波爾茲曼常數(shù)(Stefan-Boltzmann)常數(shù)TZ(y，t)為爐溫分布hc為爐氣對(duì)帶鋼下表面的對(duì)流傳熱系數(shù)ε(y)為整個(gè)爐體對(duì)帶鋼下表面總有效黑度系數(shù)，ε(y)＝φswεs＋[εw＋εg(y)]/2其中εs為帶鋼的黑度系數(shù)εw為爐墻對(duì)帶鋼下表面的總有效黑度系數(shù)εg為爐氣黑度系數(shù)φsw為爐墻與帶鋼下表面的輻射角系數(shù)為簡(jiǎn)化模型以便于實(shí)際工程應(yīng)用，引入綜合等效傳熱系數(shù)h(y，t)h(y，t)＝ε(y)σ[TZ2(y，t)＋T2(0，y，t)][TZ(y，t)－T(0，y，t)]＋hc……(3)則式(2)可簡(jiǎn)化為線性化邊界條件q(y，t)＝h(y，t)Fa[TZ2(y，t)－T(0，y，t) ……(4) 故邊界條件(4)又可表示為∂T(x,y,t)∂x|x=0=-h(y,t)Ks[TZ(y,t)-T(0,y,t)]----(6)]]>實(shí)際在線控制過程中，h(y，t)通過實(shí)時(shí)遞推估計(jì)確定。
利用時(shí)空離散化技術(shù)對(duì)上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行工程化處理。將爐內(nèi)帶鋼劃分為Nx×Ny個(gè)網(wǎng)絡(luò)，時(shí)間步長(zhǎng)為Δt。為方便起見，iΔx、jΔy和kΔt分別簡(jiǎn)記為i、j和k。適當(dāng)運(yùn)用前向差分和后向差分近似，可將帶溫分布模型化為T(i，j，k＋1)＝aT(j＋1，j，k)＋(1－2a－2b－c)T(i，j，k)＋aT(i－1，j，k)＋bT(i，j＋1，k)＋(b＋c)T(i，j－1，k)……(7)式中a=KsΔtCρΔx2,b=KsΔtCρΔy2,C=v(k)ΔtΔy,]]>1≤i≤Nx將坐標(biāo)y處帶鋼厚度方向上的平均溫度T(y，t)作為y處帶溫TS(y，t)之近似值，T‾(j,k+1)=1NxΣi=1NxT(i,j,k+1)]]>＝(1－2b－c)T(j，k)＋bT(j＋1，k)＋(b＋c)T(j－1，k)＋ ∴TS(j，k＋1)＝(1－2b－c－djk)TS(j，k)＋(b＋c)TS(j－1，k)＋bTS(j＋1，k)＋djkTZ(j，k)……(9)式中djk=2ΔtCρdh(j,k),j=1,2,······,N,-1]]>類似地，可以導(dǎo)出TS(0，k＋1)＝(1－b－d0k)TS(0，k)＋bTS(j，k)＋d0kTZ(0，k) ……(10) 若記X(k)＝[TS(0，k)，TS(j，k)，……，TS(Ny，k)]TU(k)＝[TZ(0，k)，TZ(j，k)，……，TZ(Ny,k)]T B(k)=diag[d0k,d1k,······,dNyK]]]>則最終導(dǎo)出以帶溫為狀態(tài)變量、爐溫為控制變量的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型X(k＋1)＝A(k)X(k)＋B(k)U(k)……(12)鋼種、規(guī)格、機(jī)組速度、爐況等各種特性參數(shù)均包含于A(k)和B(k)之中。
具體控制步驟如下(參見圖1和圖2)1.系統(tǒng)通過管理計(jì)算機(jī)輸入帶鋼鋼種、規(guī)格，退火曲線等工藝參數(shù)，送入過程計(jì)算機(jī)。
2.過程計(jì)算機(jī)通過測(cè)量?jī)x表等基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施采集各測(cè)點(diǎn)位置的爐溫、帶溫、機(jī)組運(yùn)行速度及當(dāng)前操作條件等參數(shù)。
3.上位汁算機(jī)從過程計(jì)算機(jī)讀取上述參數(shù)，由混合智能控制系統(tǒng)進(jìn)行控制a.進(jìn)行基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算的優(yōu)化控制。首先對(duì)狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型式(12)中包含有鋼種、規(guī)格、機(jī)組運(yùn)行速度、爐況等參數(shù)的A(K)、B(K)進(jìn)行在線辨識(shí)，然后根據(jù)模型預(yù)測(cè)補(bǔ)償帶溫偏差ΔX(k＋1)所需的爐溫調(diào)節(jié)量ΔU(k)，最后以節(jié)能為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，得到各爐段爐溫控制增量。
b.進(jìn)行基于快慢變量分離的預(yù)設(shè)定。為快速克服快變量擾動(dòng)，將機(jī)組運(yùn)行速度V作為快變量從式(12)所示數(shù)學(xué)模型中分離出來，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出V變化ΔV時(shí)所需的爐溫動(dòng)態(tài)補(bǔ)償量，對(duì)速度變化所引起的各爐段爐溫補(bǔ)償控制增量進(jìn)行預(yù)設(shè)定。
c.在經(jīng)典PID基礎(chǔ)上引入人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行閉環(huán)反饋智能校正。引入的人工經(jīng)驗(yàn)主要包括帶溫大偏差時(shí)加大比例作用，中偏差時(shí)中等比例加積分作用，小偏差時(shí)減小比例作用，并且在超調(diào)時(shí)加上積分作用，回調(diào)時(shí)取消積分作用，帶溫偏差的大中小也是由人工經(jīng)驗(yàn)確定的，據(jù)此定性推理得出各爐段爐溫控制增量，以克服連續(xù)熱鍍鋅退火過程中的大量不確定性。
d.對(duì)上述基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算和基于經(jīng)驗(yàn)定性推理所得的三種控制增量進(jìn)行混合智能協(xié)調(diào)。工況不同，三種控制量所占的比重和起的作用是不同的，將三種控制量分別記作μ1、μ2、μ3，總控制量為μ，根據(jù)過程機(jī)理和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)建立三種控制量與總控制量映射關(guān)系知識(shí)庫{μ1、μ2、μ3}→μ，通過知識(shí)推理獲得各爐段爐溫總控制量。
e.將經(jīng)混合智能協(xié)調(diào)確定的各爐段爐溫總控制量按照數(shù)量和邏輯關(guān)系進(jìn)行爐溫分配，經(jīng)多通道分程轉(zhuǎn)換成各種控制信號(hào)。轉(zhuǎn)換過程均根據(jù)過程機(jī)理和人工經(jīng)驗(yàn)表示成一系列產(chǎn)生式規(guī)則，供控制程序?qū)崟r(shí)推理。
4.下位機(jī)從上位機(jī)讀取上述控制信號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施的各種調(diào)節(jié)器施加于生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)在線閉環(huán)操作控制。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明通過建立退火爐整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算和基于人工經(jīng)驗(yàn)定性推理的混合智能控制系統(tǒng)，真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型退火爐的在線控制。經(jīng)在大型連續(xù)熱鍍鋅退火爐上實(shí)際使用證明本發(fā)明方法所建立的數(shù)學(xué)模型精度高，混合智能控制解決了過去因無法控制帶溫及爐溫與帶鋼走速不協(xié)調(diào)而引起的斷帶和熱瓢曲等故障和質(zhì)量問題，保證了生產(chǎn)的正常進(jìn)行，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，提高了產(chǎn)量，降低了能耗。
本發(fā)明方法可用于立式和臥式的所有連續(xù)退火爐的在線控制。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)退火爐在線控制方法，其特征是通過以熱傳導(dǎo)理論為依據(jù)，建立退火爐整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算和基于人工經(jīng)驗(yàn)定性推理的混合智能控制系統(tǒng)，具體步驟如下(1)系統(tǒng)通過管理計(jì)算機(jī)輸入帶鋼鋼種、規(guī)格，退火曲線等工藝參數(shù)，送入過程計(jì)算機(jī)，(2)過程計(jì)算機(jī)通過測(cè)量?jī)x表等基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施采集各測(cè)點(diǎn)位置的爐溫、帶溫、機(jī)組運(yùn)行速度及當(dāng)前操作條件等參數(shù)，(3)上位計(jì)算機(jī)從過程計(jì)算機(jī)讀取上述參數(shù)，由混合智能控制系統(tǒng)進(jìn)行控制a. 基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算的優(yōu)化控制，得出各爐段爐溫控制增量，b.基于快慢變量分離的預(yù)設(shè)定，將快變量從系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型中分離出來，對(duì)快變量變化引起的各爐段爐溫補(bǔ)償控制增量進(jìn)行預(yù)設(shè)定，c.在經(jīng)典PID基礎(chǔ)上引入人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行閉環(huán)反饋智能校正，定性推理得出各爐段爐溫控制增量，d.對(duì)上述基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算和基于經(jīng)驗(yàn)定性推理所得的三種控制增量進(jìn)行混合智能協(xié)調(diào)，確定各爐段爐溫總控制量，e.將經(jīng)混合智能協(xié)調(diào)確定的各爐段爐溫總控制量按照數(shù)量和邏輯關(guān)系進(jìn)行爐溫分配，經(jīng)多通道分程等求出各種控制信號(hào)，(4)過程計(jì)算機(jī)從上位計(jì)算機(jī)讀取上述控制信號(hào)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施的各種調(diào)節(jié)器施加于生產(chǎn)過程，實(shí)現(xiàn)在線閉環(huán)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為用偏微分方程表示的帶鋼溫度動(dòng)態(tài)分布數(shù)學(xué)模型，將退火爐按帶鋼移動(dòng)方向展開，并建立x、y、z三維空間坐標(biāo)系，其中x、y和z方向分別代表帶厚、爐長(zhǎng)、爐寬方向，假設(shè)爐寬Z方向帶鋼溫度梯度為零，帶鋼的比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)均為常數(shù)，根據(jù)富里哀導(dǎo)熱定律，得到描述全爐帶溫動(dòng)態(tài)分布的二維不穩(wěn)定導(dǎo)熱方程∂T(x,y,t)∂t=KsCρ[∂2T(x,y,t)∂x2+∂2T(x,y,t)∂y2]-v(t)∂T(x,y,t)∂y----(1)]]>其中T(x1y1t)為帶溫t為時(shí)間，t≥0C為帶鋼的比熱ρ為帶鋼的密度Ks為帶鋼的導(dǎo)熱系數(shù)v(t)為機(jī)組速度確定求解方程(1)所需的帶鋼上下表面邊界條件，再采用時(shí)空離散化技術(shù)進(jìn)行處理，將式(1)化為以爐溫為控制向量、帶溫為狀態(tài)向量的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型為用偏微分方程表示的帶鋼溫度跟蹤數(shù)學(xué)模型，將退火爐按帶鋼移動(dòng)方向展開，并建立x、y移動(dòng)坐標(biāo)系，其中x、y分別為跟蹤單元在帶厚和爐長(zhǎng)方向上的位置，忽略帶鋼沿爐長(zhǎng)方向的橫向熱傳導(dǎo)，則帶鋼任意小單元的移動(dòng)就可視為邊界場(chǎng)的移動(dòng)，假設(shè)帶鋼的比熱、密度、導(dǎo)熱系數(shù)均為常數(shù)，根據(jù)富里哀導(dǎo)熱定律，得到描述帶鋼溫度跟蹤的一維不穩(wěn)定導(dǎo)熱方程∂TSf(x,t)∂t=KsCρ∂2TSf(x,t)∂x2----(1a)]]>其中TSf為跟蹤單元的溫度t為時(shí)間，t≥0C為帶鋼的比熱ρ為帶鋼的密度Ks為帶鋼的導(dǎo)熱系數(shù)確定求解方程(1a)所需的帶鋼上下表面邊界條件，再采用時(shí)空離散化技術(shù)進(jìn)行處理，將式(1a)化為以帶溫為狀態(tài)變量、爐溫為控制變量的狀態(tài)空間數(shù)學(xué)模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算的優(yōu)化控制，首先要對(duì)數(shù)學(xué)模型中受鋼種、規(guī)格、機(jī)組速度、爐況等影響的參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)，然后根據(jù)數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)補(bǔ)償帶溫偏差所需的爐溫調(diào)節(jié)量，最后根據(jù)所取目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到各爐段爐溫控制增量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述基于快慢變量分離的預(yù)設(shè)定，是將機(jī)組速度V作為快變量從數(shù)學(xué)模型中分離出來，根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算出V變化ΔV時(shí)所需的爐溫動(dòng)態(tài)補(bǔ)償量，對(duì)速度變化所引起的各爐段爐溫補(bǔ)償控制增量進(jìn)行預(yù)設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的閉環(huán)反饋智能校正所引入的人工經(jīng)驗(yàn)主要包括帶溫大偏差時(shí)加大比例作用，中偏差時(shí)中等比例加積分作用，小偏差時(shí)減小比例作用，并且在超調(diào)時(shí)加上積分作用，回調(diào)時(shí)取消積分作用，帶溫偏差的大中小也是由人工實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的混合智能協(xié)調(diào)是將三種控制增量分別記作μ1、μ2、μ3，總控制量為μ，根據(jù)過程機(jī)理和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)建立三種控制量與總控制量映射關(guān)系知識(shí)庫{μ1、μ2、μ3}→μ，通過知識(shí)推理獲得各爐段爐溫總控制量μ。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)退火爐在線控制方法，通過以熱傳導(dǎo)理論為依據(jù)，建立退火爐整爐帶溫動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，構(gòu)成基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算和基于人工經(jīng)驗(yàn)定性推理的混合智能控制系統(tǒng)，將基于數(shù)學(xué)模型定量計(jì)算的優(yōu)化控制、基于快慢變量分離的預(yù)設(shè)定和在經(jīng)典PID基礎(chǔ)上引入人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的閉環(huán)反饋智能校正三部分進(jìn)行混合智能協(xié)調(diào)，得到各爐段爐溫總控制量，再經(jīng)爐溫分配及智能分程求出各種控制信號(hào)，由基礎(chǔ)自動(dòng)化設(shè)施具體實(shí)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)大型退火爐的在線控制。
文檔編號(hào)C21D9/56GK1149082SQ9610953
公開日1997年5月7日 申請(qǐng)日期1996年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月27日
發(fā)明者楊建明, 符雪桐, 張衛(wèi)平, 田玉楚, 何春海 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵(集團(tuán))公司, 浙江大學(xué)工業(yè)控制技術(shù)研究所