法 (如遗传算法等）对等效传热系数进行求解，这些校正优化的方法也应视为本发明的变形 及替换，故应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0177] 综上，本发明提出一种方法：首先，采用各炉区等效传热系数建立简化的步进式加 热炉分炉区机理模型，在保证模型合理性的同时降低了模型参数在线优化的复杂度；然后， 利用各炉区内的红外传感器采集炉内钢坯表面红外测温值，并与模型温度计算值进行比 较，对等效传热系数进行实时校正，该过程中获取了更多更全面的炉内过程信息使得校正 过程更为精确。校正过程从加热炉入口后第一个炉区开始，依次进行，直到出口处的最后一 个炉区，前一个炉区校正后的模型被用来计算下一个炉区的初始温度分布。采用以上方法， 可以充分利用已校正炉区的信息，考虑的因素更加全面，模型参数校正效果更好，最大幅度 减小模型与真实系统之间的误差，提高模型精度。
[0178] 以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的变形或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1. 一种步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于，包括以下步骤： 51 :针对步进式加热炉各个炉区运用热交换原理分别建立各炉区内钢坯温度机理模 型，模型中引入等效传热系数描述钢坯表面的边界传热； 52 :米集钢还在炉内加热过程中的跟踪彳目息，所述跟踪彳目息包括： 1) 已出炉钢坯的入炉温度； 2) 已出炉钢坯在各炉区内各采样时刻的时间信息、位置信息及炉温信息，其中所述炉 温信息通过设于各炉区内的温度传感器探测得到； 3) 已出炉钢坯经过设于各炉区的红外探测点的时间信息，以及红外探测点所测得的钢 坯表面温度值； 53 :对各炉区内钢坯温度模型进行在线校正，从钢坯入炉后的第一个炉区开始，采用优 化算法，根据所述跟踪信息中的一项或多项依次校正钢坯温度模型中的等效传热系数，直 到钢坯出炉的最后一个炉区。2. 根据权利要求1所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于， 所述步骤Sl具体为：以热交换原理描述钢坯内部不稳定导热方程和以相应的边界条件为 基础，建立描述钢坯在炉内加热过程的机理模型，模型中引入等效传热系数描述钢坯表面 的边界传热，再通过有限差分方法对加热炉钢坯机理模型进行空间离散化处理，建立离散 状态的钢坯温度机理模型。3. 根据权利要求2所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于， 所述钢坯温度机理模型为二维模型，具体为： 该模型中沿钢坯宽度方向的钢坯温度处处相同，而钢坯厚度方向及长度方向上的钢坯 温度分布不同。4. 根据权利要求2或3所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在 于，所述二维模型中，对于炉中任意一块钢坯，其不稳定导热方程和相应的边界条件为：式（1)中，各变量意义如下： T(x，y，t)--钢坯的二维温度分布，x为厚度方向变量，y为长度方向变量； C(T)一一钢坯的比热系数，为钢坯温度的函数； P(T) 一一钢坯的密度系数，为钢坯温度的函数； K(T)一一钢坯的导热系数，为钢坯温度的函数； Kx(T)--钢坯沿X方向的等效导热系数，为钢坯温度的函数； Ky(T)--钢坯沿y方向的等效导热系数，为钢坯温度的函数； 1--钢还长度； d(y)--炉内钢坯厚度分布；tf--钢坯在该炉区内的最终时刻； T0--初始时刻钢坯的温度分布；ub(y，t)、Utop (y，t)、ufr(y，t)、uba (y，t)--分别为钢还下、上、前、后表面炉温分布。5. 根据权利要求4所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于， 所述空间离散化处理具体为：将钢坯描述为是由Ny个子系统组成，每个子系统包含Nx个离 散小块，对于其中任意一个子系统j，je1，2,…，Ny，将各离散块的温度值T( ?，j,k)作为 状态变量，将上表面炉温utop (yj，k)、下表面炉温ub (yj，k)作为输入向量Ux (k)，前表面炉温 UfrGj,k)、后表面炉温uba (yj，k)作为输入向量Uy(k)，贝IJ定义子系统j在时刻k的温度分布 XjQO如下：其中，Aj (Xj (k)，Uj (k)，k)表示k时刻子系统j的状态对其k+1时刻状态的影响大小，Cj (Xj (k)，k)为k时刻子系统j-1对子系统j在k+1时刻状态的影响大小，Dj (Xj (k)，k)为k 时刻子系统j+1对子系统j在k+1时刻状态的影响大小，丨i'u (，,(/〇,(人(幻,/4表示k时刻 上下表面炉温对子系统j在k+1时刻状态的影响大小，,(人(/〇,//)表示k时刻前后 表面炉温对子系统j在k+1时刻状态的影响大小。6. 根据权利要求5所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于， 将所有子系统变量合并，则二维钢坯加热过程的离散状态空间模型为： Xall (k+1) =Aall (Xall (k),Uxall (k),Uyall (k),k)Xall (k) +Bxall (Xall (k)，Uxall (k)，k)UxallQO+Byall (Xall (k)，Uyall (k)，k)Uyall(k) (3) 其中，7. 根据权利要求6所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于， 针对不同的炉区，引入不同的等效传热系数1^，即可得到各炉区中独立的二维钢坯温度机 理模型，此时，式（3)简化描述为： Xall (k+1) =Aall (Keq，…）Xall(k)+Bxall (Keq，…）Uxall(k)+Byall (Keq，…）Uyall(k) (4) 其中，矩阵Aall、Bxall、Byall均与等效传热系数K%相关，同时也与当前状态Xall (k)，炉温输入 Uxall (k)、UyallGO相关。8. 根据权利要求1所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于， 为表示方便，假设加热炉共有n个炉区，以下采用i表示当前校正计算炉区，所述校正过程 具体为： 5301 :设定入口后第1个炉区作为当前校正计算炉区，此时i= 1，则在该炉区内钢坯 所有离散点的初始温度都设置为其入炉温度，并导入此时钢坯的跟踪信息； 5302 :对当前校正计算炉区的钢坯温度模型进行校正，校正的目标为寻找该炉区最优 的等效传热系数1^，使得m块经过该炉区红外测点的钢坯的平均的预测温差达到最小；其 中，所述预测温差为钢坯在当前校正计算炉区的红外测温点的上表面温度的实际测量值与 温度模型计算得到的该位置上表面温度预测值之差； 5303 :根据当前校正计算炉区钢坯的初始温度分布\all及各采样时刻的炉温输入和 步骤S302校正后的等效传热系数Keq计算各钢坯在当前校正计算炉区出口处的温度分布 值；其中，\all及各采样时刻的炉温输入在该炉区信息初始化的过程中给定； 5304 :将第i+1个炉区作为当前校正计算炉区并进行校正，具体为：各钢坯的初始温度 分布为S303中计算得到第i个炉区出口处的温度分布值，并导入钢坯在第i+1个炉区内各 采样时刻的时间信息、钢坯位置跟踪信息及该时刻第i+1个炉区的炉温信息；钢坯经过第 i+1个炉区红外探测点的时间信息，以及红外探测点温度测量值，并按步骤S302进行继续 校正，直至校正完n个炉区。9. 根据权利要求8所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在于， 所述钢坯温度机理模型的校正过程每隔一段时间A或者若干个钢坯出炉时触发执行一 次。10. 根据权利要求1或8所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在 于，所述优化算法为灵敏度法或网格计算法。11. 根据权利要求10所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在 于，所述灵敏度法进行优化等效传热系数的修正公式为：其中，Keq为修正的等效传热系数，为修正前的等效传热系数，s为灵敏度，为 初始平均预测温差；阶跃值。12. 根据权利要求10所述的步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，其特征在 于，所述网格计算法进行优化等效传热系数的具体步骤为： 步骤1:确定等效综合传热系数Keq寻优空间为KeqG[K_，KniaJ; 步骤2:给定寻优空间划分，假定搜索次数Ns，则搜索步长为： Ls= (Knax-Knin)/Ns; 步骤 3:令Keq=Knin; 步骤4:计算m块钢坯模型的平均预测温差其中，Lstjwd为第j块钢坯在k时刻上表面温度的模型计算值，TjiSTMES为第j块钢坯 上表面温度的红外测量值； 步骤5:判断预测结果的是否小于预先给定的阈值，若满足则结束校正过程；若不 满足，Keq=Keq+Ls，进入步骤4。
【专利摘要】本发明提供了一种步进式加热炉钢坯温度建模及在线校正方法，首先，采用各炉区等效传热系数建立简化的步进式加热炉分炉区机理模型，在保证模型合理性的同时降低了模型参数在线优化的复杂度；然后，采集炉内钢坯表面红外测温值，并与模型温度计算值进行比较，对等效传热系数进行实时校正。校正过程从加热炉入口后第一个炉区开始，依次进行，直到出口处的最后一个炉区。与传统方法相比，本发明充分利用生产过程中的实时反馈信息对模型进行逐区校正，既独立考虑各个炉区的参数特性，又兼顾前一炉区对后一炉区的影响，减小模型与真实系统之间的误差，大幅提高模型的精度和适应性，实现钢坯在炉内加热过程的精确温度预测。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105045949
【申请号】CN201510276400
【发明人】陈鹏, 周玄昊, 吕勇哉, 潘再生, 施一明, 臧鑫, 王绍亮
【申请人】浙江中控研究院有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月26日