一种加热炉内钢坯温度分布的模糊控制方法技术

一种加热炉内钢坯温度分布的模糊控制方法。该方法利用补偿控制分量模糊推理模块和补偿控制分量加权综合模块，构成钢坯温度分散推理模糊控制器，将钢坯温度分布与钢坯理想加热曲线之间的温度偏差分布作为该模糊控制器的输入信息，对于每一个炉温调整点，利用补偿控制分量模糊推理模块中的一组二维模糊控制器产生一组炉温补偿控制分量，再利用补偿控制分量加权综合模块对其进行综合，获得各处的炉温的补偿量。本发明专利技术通过一种分散的模糊推理结构，解决了现有模糊动态补偿控制技术中难以有效处理高维输入信息的难题，能够在炉温调整过程中充分考虑炉温调整点后钢坯温度偏差分布及其变化趋势，能够更好地保证待加热钢坯按照理想的加热曲线完成加热。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及冶金自动化过程的控制技术，具体涉及对轧钢加热炉内的钢坯温度分布进行 模糊控制的方法。
技术介绍
轧钢加热炉(在本专利技术中简称加热炉)的基本任务是按预定的加热曲线对钢坯进行加热， 以为轧制机组输送质量合格的钢坯。确定合适的控制策略，在满足工艺约束的前提下获得某 种意义上的最佳指标，是加热炉优化控制的根本任务。实现加热炉优化控制需要解决的主要 问题包括3个方面①钢坯温度分布预报；②加热炉炉温分布的稳态优化设定以及钢坯理想 加热曲线的确定；③加热炉炉温分布的动态补偿控制及实现，即通过动态补偿控制调整炉温 分布的设定值，对各种干扰的影响进行动态补偿，保证钢坯按预定的加热曲线进行加热。基于模糊控制方法实现炉温的动态补偿，是一种较为有效的炉温动态补偿控制方法。张 卫军等人报道了一种加热炉炉温模糊决策方法[张卫军，吴雪琦，陈海耿.《基于机理模型的加热炉在线炉温模糊决策》，东北大学学报(自然科学版)，2005, Vol. 26, No. 9]，采用模糊控 制方法进行炉温的动态补偿控制，以本段控制点的输出偏差和偏差变化率作为模糊决策依 据，并将前段控制点的偏差作为控制器的前馈输入，使炉温决策具有超前功能。然而，加热炉是典型的分布参数系统，炉内任一空间点处的炉温，不仅直接影响该空间 点附近的钢坯温度，而且对该点之后的钢坯温度分布也有明显影响。包括《基于机理模型的 加热炉在线炉温模糊决策》在内的现有的炉温动态补偿控制方法的一个不足之处在于，在动 态补偿控制过程中均没有考虑本段烟温调整对控制点后钢坯温度分布的影响，难以有效保证 待加热钢坯按照理想的加热曲线完成加热过程。此外，在基于模糊控制方法的炉温动态补偿控制技术中，目前所采用的控制器均为基本 的二维模糊控制器，其控制规则直接来源于操作者的运行经验。为了在炉温调整中充分考虑 炉温调整点后钢坯温度误差分布及其变化趋势，控制器的输入信息应该具有高维特征。此时 基本的模糊控制结构所固有的缺陷十分明显。因为当控制器的输入维数大于3时，由操作人 员对受控对象认识的模糊信息的归纳和操作经验的总结来建立模糊控制规则，将变得十分困 难，甚至是办不到的。因此，为了能够有效保证钢坯按照理想的加热曲线完成加热过程，需要对基本模糊控制结构进行改造。
技术实现思路
本专利技术的目的是，克服现有技术的不足，提供一种加热炉内钢坯温度分布的模糊控制方 法，以使待加热钢坯能够更好地按照理想的加热曲线完成加热过程。实现所述专利技术目的技术方案是这样，与现有 技术相同的方面是，该方法包括将加热炉的有效炉长均分为/7段、设定对应的炉温补偿离散 点，利用钢坯温度分布预报模型和加热炉稳态优化设定模型，确定钢坯表面平均温度理想分 布曲线和钢坯中心温度理想分布曲线的步骤(一)。其改进之处是，在步骤(一)的基础上， 还包括如下步骤(二) 对于炉温补偿离散点，设置补偿控制分量离散点，选择模糊语言值和模糊控制规 则，对各补偿控制分量离散点J'处钢坯温度偏差及钢坯温度偏差变化率进行模糊化处理，建 立与炉温补偿离散点对应的二维模糊控制器组，以构成炉温补偿控制分量模糊推理模块，由 该炉温补偿控制分量模糊推理模块确定炉温补偿离散点处的一组炉温动态补偿控制分量；(三) 建立炉温补偿控制分量加权综合模块，并与炉温补偿控制分量模糊推理模块一起， 构成钢坯温度分散推理模糊控制器，通过对炉温补偿控制分量模糊推理模块输出的一组炉温 动态补偿控制分量进行加权综合，获得炉温补偿离散点处的炉温实际动态补偿量，并利用各 炉温补偿离散点处的炉温实际动态补偿量对给定的炉温分布曲线进行动态补偿；(四) 在以上各步骤的基础上，建立基于分散推理结构的钢坯温度模糊控制系统，通过 炉温分布曲线的动态补偿，保证钢坯按给定的理想加热曲线完成加热过程；该基于分散推理结构的钢坯温度模糊控制系统，包括以下工作流程①通过工艺参数初 始化为该模糊控制系统提供初始参数，包括加热炉有效长度、钢坯行进速度、截面尺寸、换 热系数、钢坯热物性参数和入炉钢坯的初始温度；②根据步骤(- )所述方法，确定钢坯表 面平均温度理想分布曲线和钢坯中心温度理想分布曲线；③给定补偿前炉温分布曲线，在实 施炉温的第一次动态补偿前，取补偿后炉温分布曲线与补偿前炉温分布曲线相同； 根据补 偿后的炉温分布曲线和钢坯温度分布预报模型，计算对应的钢坯表面平均温度分布曲线和钢 坯中心温度分布曲线；⑤通过对钢坯表面平均温度分布曲线和钢坯表面平均温度理想分布曲 线进行比较，获得钢坯温度偏差分布曲线，并将该钢坯温度偏差分布曲线作为钢坯温度分散 推理模糊控制器的输入；⑥根据步骤(二)所述方法，对钢坯温度偏差分布曲线进行离散化 的处理，获得各补偿控制分量离散点处的一组钢坯温度偏差和该组钢坯温度偏差的变化率；⑦根据步骤(二)所述方法，利用炉温补偿控制分量模糊推理模块，通过模糊推理确定炉温 补偿离散点处的一组炉温动态补偿控制分量；⑧根据步骤(三)所述方法，利用炉温补偿控 制分量加权综合模块，对该组炉温动态补偿控制分量进行加权综合，获得炉温补偿离散点处 的炉温实际动态补偿量；接着，再对补偿后的炉温分布曲线进行补偿刷新，并以补偿刷新后 的炉温分布曲线替代前述的补偿前炉温分布曲线，完成一次炉温动态补偿过程；⑨返回工作 流程 ，进入下一次炉温动态补偿过程。本专利技术针对前述的现有技术之不足，利用炉温补偿控制分量模糊推理模块和炉温补偿控 制分量加权综合模块，构成钢坯温度分散推理模糊控制器，将钢坯温度分布与钢坯理想加热 曲线之间的温度偏差分布作为该模糊控制器的输入信息，对于每一个炉温调整点，利用炉温 补偿控制分量模糊推理模块中的一组二维模糊控制器产生一组炉温补偿控制分量，再利用炉 温补偿控制分量加权综合模块对其进行综合，获得各处的炉温的补偿量。本专利技术通过一种分 散的模糊推理结构，解决了现有的炉温模糊动态补偿控制技术中难以有效处理高维输入信息 的难题，能够在炉温调整过程中充分考虑炉温调整点后钢坯温度偏差分布及其变化趋势，因 而能够更好地保证待加热钢坯按照理想的加热曲线完成加热过程。因此，本专利技术研究受到了国家自然科学基金项目"分布参数热力系统逆动力学及基于逆 动力学的热工过程模糊控制方法研究"(项目编号50776103)的资助。下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。附图说明图1为本专利技术的基于分散推理结构的钢坯温度模糊控制流程图图2为图1中的钢坯温度分散推理模糊控制器的流程图图3为钢坯温度理想分布与钢坯温度初始分布曲线图4为动态补偿控制过程中的钢坯表面平均温度分布曲线图5为动态补偿控制过程中的钢坯中心温度分布曲线图6为动态补偿过程中的炉温分布曲线图7为钢坯温度理想分布与十次动态补偿后钢坯温度分布的对比曲线图2中^"为对时间求导数的符号；e(Z)为钢坯表面平均温度偏差分布；A"〃、 A^w、…、Aw,、为炉温补偿离散点y处的一组炉温动态补偿控制分量；A、 ew、…、、为各补偿控制分量离散点J处的一组钢坯温度偏差；eC卜e<^+1、…、e 为各补偿控 制分量离散点J'处的一组钢坯温度偏差变化率；^C。 FC,+。…、FC"为一组二维模糊 控制器；A 为炉温补偿离散点i处炉温的实际动态补偿量。图3中为钢坯表面平均温度初始分布曲线；t，o为钢坯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加热炉内钢坯温度分布的模糊控制方法，该方法包括将加热炉的有效炉长均分为ｎ段、设定对应的炉温补偿离散点（ｉ），利用钢坯温度分布预报模型和加热炉稳态优化设定模型，确定钢坯表面平均温度理想曲线ｔ↑［＊］ｓ（ｚ）和钢坯中心温度理想曲线ｔ↑［＊］ｃ（ｚ）的步骤（一），其特征在于，在步骤（一）的基础上，还包括如下步骤：　（二）对于炉温补偿离散点（ｉ），设置补偿控制分量离散点（ｊ），选择模糊语言值和模糊控制规则，对各补偿控制分量离散点（ｊ）处钢坯温度偏差及钢坯温度偏差变化率进行模 糊化处理，建立与炉温补偿离散点（ｉ）对应的二维模糊控制器组（ＦＣ↓［ｉ］、ＦＣ↓［ｉ＋１］…ＦＣ↓［ｎ］），以构成炉温补偿控制分量模糊推理模块，该炉温补偿控制分量模糊推理模块的输出为炉温补偿离散点（ｉ）处的一组炉温动态补偿控制分量（Δｕ↓［ｉｉ］、Δｕ↓［ｉｉ＋１］、…、Δｕ↓［ｉｎ］）；　（三）建立炉温补偿控制分量加权综合模块，并与炉温补偿控制分量模糊推理模块一起，构成钢坯温度分散推理模糊控制器，通过对炉温补偿控制分量模糊推理模块输出的一组炉温动态补偿控制分量（Δｕ↓ ［ｉｉ］、Δｕ↓［ｉｉ＋１］、…、Δｕ↓［ｉｎ］）进行加权综合，获得炉温补偿离散点（ｉ）处的炉温实际动态补偿量（Δθ↓［ｉ］），并利用各炉温补偿离散点（ｉ）处的炉温实际动态补偿量（Δθ↓［ｉ］），对给定的炉温分布曲线（θ（ｚ））进行动态补偿；　（四）在以上各步骤的基础上，建立基于分散推理结构的钢坯温度模糊控制系统，通过炉温分布曲线的动态补偿，保证钢坯按给定的理想加热曲线完成加热过程；　该基于分散推理结构的钢坯温度模糊控制系统，包括以下工作流程：①通过工艺参数初始化 为该模糊控制系统提供初始参数，包括加热炉有效长度、钢坯行进速度、截面尺寸、换热系数、钢坯热物性参数和入炉钢坯的初始温度；②根据步骤（一）所述方法确定钢坯表面平均温度理想分布曲线（ｔ↑［＊］ｓ（ｚ））和钢坯中心温度理想分布曲线（ｔ↑［＊］ｃ（ｚ））；③给定补偿前炉温分布曲线（θ↓［ｑ］（ｚ）），在实施炉温的第一次动态补偿前，取补偿后炉温分布曲线（θ↓［ｈ］（ｚ））与补偿前炉温分布曲线（θ↓［ｑ］（ｚ））相同；④根据补偿后的炉温分布曲线（θ↓［ｈ］（ｚ））和钢坯温度分布预报模型，计算对应的钢坯表面平均温度分布曲线（ｔ↓［ｓ］（ｚ））和钢坯中心温度分布曲线（ｔ↓［ｃ］（ｚ））；⑤通过对钢坯表面平均温度分布...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王广军，陈红，朱丽娜，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]