連鑄二冷與電磁攪拌協(xié)調優(yōu)化及控制研究.pdf

1、連鑄冷卻過程是一個非線性、強耦合、多輸入多輸出系統(tǒng),現有過程控制中二冷和末端電磁攪拌控制為兩個獨立的控制系統(tǒng),其控制參數優(yōu)化采用獨立模型,沒有考慮二者之間的耦合作用,導致過程參數或鋼種變化時鑄坯質量波動。因此,協(xié)調優(yōu)化兩個控制系統(tǒng)參數,對進一步提高連鑄技術以及鋼材質量有著理論意義和實用價值。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,采用控制容積法構建二維變網格連鑄過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,使用源項法處理凝固傳熱過程中的相變現象,并分析了拉速、過熱度等參數對溫度場的影響,為二冷優(yōu)化問題的研究奠定的基礎。
　　二、通過數值模擬分析了二冷及末端電磁攪拌對凝固過程影響。結合末端電磁攪拌的最佳攪拌條件及要求,通過仿真分析拉速、過熱度和四段水量的不同變化引起溫度場、末端處坯殼厚度、溫升溫降等目標控制參數的耦合本質和變化規(guī)律。為下一步協(xié)調優(yōu)化二冷和末端電磁攪拌提供理論基礎和數據支撐。

3、　　三、基于Pareto多目標粒子群優(yōu)化算法研究。連鑄二冷與末端電磁攪拌的協(xié)調優(yōu)化過程本質上屬于多目標優(yōu)化問題(簡稱MOP),多目標優(yōu)化問題往往存在若干個彼此矛盾的目標。本文根據MOP問題和PSO算法的特征,即容易出現優(yōu)化解集的一致性不高、分布均勻性較差等缺陷,通過對粒子超出搜索空間的減弱處理,使用自適應網格修剪解集分布,采用多維向量權重處理獲得的最終Pareto最優(yōu)解權重參數,形成改進的基于Pareto多目標粒子群優(yōu)化算法。通過仿真表

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、對基于Pareto連鑄二冷與電磁攪拌多目標協(xié)調優(yōu)化問題進行優(yōu)化求解。以凝固傳熱數學模型為基礎,以二冷區(qū)溫度場、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函數構建多目標優(yōu)化算法。將改進的基于Pareto多目標粒子群優(yōu)化算法引入連鑄二冷與電磁攪拌多目標協(xié)調優(yōu)化問題中,仿真結果表明,該算法能夠改善上述兩個獨立控