炉子软件平台在控制算法研究中的应用

摘要

以炉膛能量平衡方程、钢坯和炉围热传导方程为基础，建立模拟炉子热过程的简化模型(即三元模型)，求解了炉气温度、钢坯及炉围温度场(即断面温度分布)。
　　 将辐射交换面积的概念推广应用于热电偶热端表面，推导了炉温公式，实现了炉温的动态描述。在推导中解除了炉围为重辐射面的假定，使公式具有较一般的意义。
　　 由上述两方面工作构成了加热炉软件平台，为基于炉温控制的DDC系统的离线闭环研究创造了条件，在软件平台上研究了PID参数整定的几种方法。除了炉温设定值的变化之外，还采用随机数构造各种“冲击”模块，用以模拟炉子生产中产量的变化和热值波动等随机动态工况。
　　 基于传热学反问题的方法，对加热炉SCC系统的重要参数总括热吸收率的辨识进行了初步研究，提出了以软件平台的稳态模拟实现总括热吸收率的基本辨识，以动态模拟实现补偿辨识的基本思路。
　　 采用软件平台法离线研究控制算法有助于在实际现场调试中缩小调试范围和缩短调试时间，从而减少对生产的影响。此外，本研究的模型方法和相应软件可作为加热炉(SCC+DDC)控制系统CAI的脚本。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 研究意义

1.2 文献综述

1.3 研究内容

第2章 连续加热炉数学模型

2.1 建模的基本思想

2.2 辐射直接交换面积和辐射全交换面积

2.3 对流换热的炉内传热的影响

2.4 数学模型的建立

2.4.1 建模过程中的主要简化

2.4.2 炉气的能量平衡方程

2.4.3 钢坯的导热差分方程

2.4.4 炉围的导热差分方程

2.4.4 钢坯在炉内运动的描述

2.5 孔模型

2.6 炉膛热电偶公式的推导

2.7 数学模型的求解

2.7.1 牛顿迭代法求解三元模型

2.7.2 稳态模型程序图

2.7.3 动态模型程序图

第3章 直接控制系统简介

3.1 PID简介

3.1.1 比例调节(P调节)

3.1.2 积分调节(I调节)

3.1.3 微分调节(D调节)

3.2 PID调节器

3.2.1 比例积分调节(PI调节)

3.2.2 比例积分微分调节(PID调节)

3.3 数字PID控制算法

3.3.1 位置型算式

3.3.2 增量型算式

3.3.3 速度型算式

3.4 冻结偏置

3.5 数字PID参数的整定

第4章 在动态模型中调整PID参数

4.1 扰动模型

4.2 在动态模型中调整PID参数

4.2.1 稳定边界法参数整定过程

4.2.2 衰减曲线法参数整定过程

4.3 离线调试结果分析

第5章 监督控制系统参数的初步研究

5.1 总括热吸收率(φCF)法简介

5.2 φCF的试验方法研究

5.3 炉子软件平台在φCF研究中的应用

5.3.1 炉子软件平台在φCF辨识中的应用

5.3.2 炉子软件平台在φCF辨识动态补偿中的应用

5.4 关于热电偶公式的进一步思考

5.4.1 热电偶表达式的进一步研究

5.4.2 推导热电偶表达式的意义

第6章 结 论

参考文献

致谢