連鑄二冷與電磁攪拌協(xié)調(diào)優(yōu)化及控制研究.pdf_第1頁(yè)
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1、連鑄冷卻過(guò)程是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合、多輸入多輸出系統(tǒng),現(xiàn)有過(guò)程控制中二冷和末端電磁攪拌控制為兩個(gè)獨(dú)立的控制系統(tǒng),其控制參數(shù)優(yōu)化采用獨(dú)立模型,沒(méi)有考慮二者之間的耦合作用,導(dǎo)致過(guò)程參數(shù)或鋼種變化時(shí)鑄坯質(zhì)量波動(dòng)。因此,協(xié)調(diào)優(yōu)化兩個(gè)控制系統(tǒng)參數(shù),對(duì)進(jìn)一步提高連鑄技術(shù)以及鋼材質(zhì)量有著理論意義和實(shí)用價(jià)值。本文主要工作如下:
  一、方坯連鑄凝固傳熱模型研究。由連鑄凝固傳熱特點(diǎn),采用控制容積法構(gòu)建二維變網(wǎng)格連鑄過(guò)程鑄坯凝固傳熱模型,給出了求解凝固

2、傳熱微分方程的方法,即隱式法及追趕法,使用源項(xiàng)法處理凝固傳熱過(guò)程中的相變現(xiàn)象,并分析了拉速、過(guò)熱度等參數(shù)對(duì)溫度場(chǎng)的影響,為二冷優(yōu)化問(wèn)題的研究奠定的基礎(chǔ)。
  二、通過(guò)數(shù)值模擬分析了二冷及末端電磁攪拌對(duì)凝固過(guò)程影響。結(jié)合末端電磁攪拌的最佳攪拌條件及要求,通過(guò)仿真分析拉速、過(guò)熱度和四段水量的不同變化引起溫度場(chǎng)、末端處坯殼厚度、溫升溫降等目標(biāo)控制參數(shù)的耦合本質(zhì)和變化規(guī)律。為下一步協(xié)調(diào)優(yōu)化二冷和末端電磁攪拌提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

3、  三、基于Pareto多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法研究。連鑄二冷與末端電磁攪拌的協(xié)調(diào)優(yōu)化過(guò)程本質(zhì)上屬于多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題(簡(jiǎn)稱MOP),多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題往往存在若干個(gè)彼此矛盾的目標(biāo)。本文根據(jù)MOP問(wèn)題和PSO算法的特征,即容易出現(xiàn)優(yōu)化解集的一致性不高、分布均勻性較差等缺陷,通過(guò)對(duì)粒子超出搜索空間的減弱處理,使用自適應(yīng)網(wǎng)格修剪解集分布,采用多維向量權(quán)重處理獲得的最終Pareto最優(yōu)解權(quán)重參數(shù),形成改進(jìn)的基于Pareto多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法。通過(guò)仿真表

4、明,該算法能夠有效提升Pareto解集一致性,改善Pareto前沿分布性,使決策者的最優(yōu)解方案選擇更加豐富。
  四、對(duì)基于Pareto連鑄二冷與電磁攪拌多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化求解。以凝固傳熱數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),以二冷區(qū)溫度場(chǎng)、溫升溫降值和滿足最佳末端電磁攪拌條件的液芯半徑為目標(biāo)函數(shù)構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化算法。將改進(jìn)的基于Pareto多目標(biāo)粒子群優(yōu)化算法引入連鑄二冷與電磁攪拌多目標(biāo)協(xié)調(diào)優(yōu)化問(wèn)題中,仿真結(jié)果表明,該算法能夠改善上述兩個(gè)獨(dú)立控

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