[发明专利]一种连铸坯感应加热快速自适应温控方法

说明书

本发明公开了一种连铸坯感应加热快速自适应温控方法，本发明提出了一种基于机理模型简化整定的连铸坯感应加热快速自适应温控方法。其中机理模型参照有限元感应加热网格建模方法，考察电磁感应加热整个过程的电磁耦合、涡流生热、以及热传导、热辐射等演变，将机理模型抽象简化为“初始状态”和“最终状态”的映射状态方程，经过1‑2次数据校核，即可整定得到，且该模型具有较高的重复精度，可快速用于实际温控。

技术领域

本发明属于工业过程控制领域，具体是一种连铸坯感应加热快速自适应温控方法。

背景技术

感应加热作为替代传统燃气炉的补热手段，已逐步应用在连铸坯热连轧生产中。由于连铸坯温度直接影响轧制效果，现场需要对连铸坯感应加热进行温度控制。一般通过感应加热模拟和加热过程检测控制加以实现。前者具有结果直观、信息较全面、可观察连铸坯温度变化、不具备实时控制的特点，而后者具有大时滞、不易建模、易受环境影响的特点。

目前，实际的连铸坯感应加热温度控制主要基于过程建模和经验试凑法两种。基于过程建模又分为机理模型和预测模型两种方法。预测模型虽容易建立，但基于预测模型的控制方法易受环境的干扰；基于全过程的机理建模几乎不可能，但机理建模的控制方法一般抗干扰能力强。试凑法需要凭借工人多年的工作经验，且试凑过程存在盲点，达不到优化效果。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于机理模型简化整定的连铸坯感应加热快速自适应温控方法。其中机理模型参照有限元感应加热网格建模方法，考察电磁感应加热整个过程的电磁耦合、涡流生热、以及热传导、热辐射等演变，将机理模型抽象简化为“初始状态”和“最终状态”的映射状态方程，经过1-2次数据校核，即可整定得到，且该模型具有较高的重复精度，可快速用于实际温控。

为实现以上目的，本发明采取以下步骤：

步骤1：原始数据处理

从钢厂连铸连轧产线数据库中获取完整的加热样本数据，包括中频电源直流电压U_in、直流电流I_in、连铸坯出口温度T_out和初始温度T_in，其中U_in为控制电压曲线，T_out为输出曲线；根据电流、电压求得输入功率P_in。

具体包括以下步骤：

步骤1-1：将中频电源直流电压的上升沿和下降沿之间的功率控制曲线作为输入，而将连铸坯出口温度的上升沿和下降沿之间的温度曲线作为输出。

步骤1-2：利用3δ准则来剔除由于传感器的误测或环境因素引起的尖刺噪声，再利用平滑去除其中的随机噪声。

步骤1-3：对平滑后的数据进行重采样。

步骤2：加热模型的建立

按照有限元仿真和感应加热过程的电磁学原理建立加热数学模型，主要考虑的能量为内热源Q、热传导Q_c和热辐射Q_e。

步骤2-1：将连铸坯按有限元分析方法进行网格划分，将连铸坯的轴向和横截面积上进行网格划分，把划分好之后的每个网格体积作为一个节点单元。

步骤2-2：连铸坯加热过程，考虑涡流生热、传向芯部和尾部的热传导和向外的热辐射，针对每个节点单元的所受的内热源Q、热辐射Q_e和热传导Q_c建立机理方程。