[发明专利]一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法

权利要求书

1.一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法，其特征在于，该方法主要包括离线分析步骤和在线控制步骤，其中：

所述离线分析步骤主要采集与炉温控制相关的参数，并以此为基础建立钢坯升温模型；

所述离线分析步骤中与炉温控制相关的参数包括：

加热炉生产的所有钢种类型集合，记为Gra；

对于每一个钢种g∈Gra，通过查表获得其热物理参数，包括各温度下该钢种的密度ρ_g、热容C_g及热导K_g；

加热炉特征参数，包括加热炉的炉区数N、各炉区的炉长L_n,n＝1,2,...,N、各炉区炉气向钢坯的有效传热系数及各炉区水印的热损失系数η_n,n＝1,2,...,N；

所述离线分析步骤建立离散的钢坯升温模型，该模型能够预测钢坯在加热炉的升温情况，该模型只考虑钢坯厚度方向的温度梯度，而近似认为处于同一厚度位置的钢坯层温度处处相等，由此，钢坯温度分布成为与厚度位置x和时间t相关的函数，建立如下传热方程组：

其中，上式中第一个方程表示钢坯内部的热传导过程；而第二个方程表示加热炉对钢坯下表面的传热过程，其中T^f为钢坯所在炉区的炉温值，h_b是下表面等效传热系数，该参数与加热炉特性、水印参数、炉温及钢坯温度有关；第三个方程表示加热炉对钢坯上表面的传热过程，其中h_t是上表面等效传热系数，该参数与加热炉特性、炉温及钢坯温度有关；第四个方程表示钢坯的初始温度值；

将上面方程组进行位置离散化处理，其中，沿x方向将钢坯分解为m份，则得到钢坯温度分布向量T_s(k)如下式所示：

其中，T₁(k)对应钢坯上表面块的温度，T_m(k)为钢坯下表面块的温度；

同时，进行时间离散化，假设当前时刻为k，对于给定的钢坯s，其钢种为g、长度为len、宽度为wdt、厚度为thk、当前钢坯温度分布为T_s(k)、钢坯移动速度v、当前钢坯在加热炉中的位置p_s(k)和各炉区的炉温值基于上述信息，通过该模型可以计算得到k+1时刻钢坯温度分布T_s(k+1)，采用Mod_s表示模型关系，建立如下表达式：

其中，由于钢坯s的钢种、长度、宽度、厚度、热物理参数，加热炉各炉区的长度、有效传热系数、水印的热损失系数均为常数，保留公式(1)中变量，可以简写为：

T_s(k+1)＝Mod_s(T_s(k),p_s(k),v,T_n^f) (2)

所述在线控制步骤以预先给定的控制周期Δt_c触发，用以实现步进式加热炉升温曲线的实时优化设定。

2.根据权利要求1所述的一种基于时间和炉长的双维度步进式加热炉升温曲线优化设定方法，其特征在于，假设当前的控制周期为k，加热炉内所有钢坯号的集合为Slab，所述在线控制步骤包括以下具体步骤：

步骤S1：控制周期开始，采集数据并更新温度分布计算值与平均移动速度；

步骤S2：校正各炉区出口处钢坯温度分布计算值；

步骤S3：判断是否有新的钢坯进入加热炉，如有则计算其最优升温曲线；

步骤S4：判断所有钢坯的最优升温曲线是否需要更新，如是则进行更新；

步骤S5：采用极值优化算法求解多目标优化问题，得到各炉区的炉温最优设定值；

步骤S6：将S5计算得到的各炉区炉温最优设定值下达至PLC，结束本控制周期计算。