型钢加热炉系统中一种温度及空燃比控制方式研究

摘要

论文的研究工作是以重庆钢铁集团有限责任公司型钢厂加热炉控制系统工程的研究项目为背景展开的。加热炉是冶金行业中的重要热工设备，能耗占到钢铁工业总能耗的25％，且其出钢的温度和质量也是影响后续工艺的关键因素。在钢铁冶金行业竞争日趋激烈的今天，如何实现加热炉的有效控制，有着重要的意义。 加热炉控制的难点和重点在于其燃烧过程是受随机因素干扰的、具有大惯性、纯滞后的非线性过程，因而无法建立被控对象的精确模型，无法很好的用传统控制方法解决这些问题。模糊控制技术不需要建立求解问题的精确模型，而是模仿人脑的推理过程，使许多复杂问题简单化，在解决非线性、不确定问题上有很大的优势。所以将模糊控制技术应用到加热炉控制中，就加热炉控制的关键问题（包括燃烧控制、温度控制以及空燃比寻优算法）展开研究，必将对加热炉控制技术的学术研究和工程应用产生积极的推动作用。 论文以较好的逻辑阐述了作者在加热炉控制系统整个研究过程中的设计思想，充分体现了作者所作的大量工作和独特贡献。具体包括：①对加热炉的核心技术—燃烧机理进行了深入研究，分析了燃烧效率与空燃比的关系,并从工艺角度对加热炉中关键技术提出了相应的要求，指出了加热炉控制系统的难点；②采用炉温—燃烧串级控制方式实现温度的自动控制，详细分析各段不同的升温特性，以此为依据设计了温度模糊控制器，并用自调整因子的方法对基本模糊控制器进行改进，以提高系统的适应性，同时给出了提高模糊控制器稳态精度的办法；③在现有几种燃烧控制策略研究的基础上，提出了单边限幅控制策略，以及基于空燃比反馈的流量补偿控制方法，使系统的快速性得到了极大改善。针对炉内最佳空燃比随煤气热值和炉内具体工况偏移的问题，设计了配合热值仪修正的空燃比寻优模糊控制器，通过相平面分析法证明系统具有良好的收敛性和稳定性；④运用Matlab软件对温度控制系统进行了较为全面的仿真和性能分析，包括系统的静态响应，调整因子对系统性能的影响，随机干扰的鲁棒性等，仿真结果表明，改进后的模糊控制器有更强的适应性。 论文对加热炉的燃烧特性进行了深入分析，构建了加热炉控制系统，尤其是对燃烧控制技术的改进，无论在学术研究方面，还是在工程应用方面，都有较大的参考价值。