鈦坯天然氣加熱爐優(yōu)化控制策略及其工業(yè)應(yīng)用研究.pdf

1、天然氣加熱爐加熱過(guò)程是鈦坯生產(chǎn)的重要工序之一，其加熱效果直接影響著鈦材的軋制質(zhì)量。由于鈦的加熱特性特殊，在加熱過(guò)程中對(duì)加熱爐的爐溫以及爐內(nèi)氣氛的控制要求十分嚴(yán)格，傳統(tǒng)的加熱爐控制方法應(yīng)用在鈦坯加熱過(guò)程中往往難以滿足控制要求。
　　 本文以天然氣為燃料的鈦坯加熱爐為研究對(duì)象，充分分析鈦坯天然氣加熱過(guò)程存在不確定、非線性、大滯后等控制難點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際天然氣加熱爐加熱過(guò)程中的鈦坯加熱特性，對(duì)加熱過(guò)程中的溫度和氣氛等方面的控制進(jìn)行了深入研

2、究，建立了鈦坯天然氣加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)。論文的主要研究工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　 (1)給出基于加熱爐爐溫預(yù)測(cè)模型的鈦坯天然氣加熱爐優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)針對(duì)鈦坯天然氣加熱爐鈦坯加熱過(guò)程的復(fù)雜特性，提出一種基于加熱爐爐溫預(yù)測(cè)的模糊自組織優(yōu)化控制系統(tǒng)的基本框架，從控制思想、過(guò)程建模方法和集成控制形式三方面，給出鈦坯加熱過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)描述、設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟，為鈦坯加熱過(guò)程的優(yōu)化控制提供一種新思路。
　　 (2)提出基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

3、和改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法的加熱爐爐溫預(yù)測(cè)模型建模方法鈦坯加熱爐加熱過(guò)程具有不確定和大滯后的特點(diǎn)，預(yù)測(cè)模型的精度直接影響優(yōu)化控制的性能。本文提出一種基于改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)爐溫預(yù)測(cè)模型。該模型采用改進(jìn)的粒子群算法對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值進(jìn)行初始化，在傳統(tǒng)的自適應(yīng)粒子群算法基礎(chǔ)上，增加了位置狀態(tài)的跳變因子和跳變策略，有效提高了粒子群算法的全局搜索能力?；诹Ｗ尤核惴▋?yōu)化得到的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)初始化權(quán)值，建立BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)爐溫預(yù)測(cè)模型，描述加熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)變

4、化特性。
　　 (3)提出鈦坯加熱爐自組織模糊優(yōu)化控制方法針對(duì)鈦坯加熱爐加熱過(guò)程中的爐溫控制問(wèn)題，由于加熱爐爐溫影響參數(shù)眾多，包括爐膛溫度、空燃比、爐膛負(fù)壓、輥道速度等，并且這些參數(shù)之間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系，本文采用自組織方法設(shè)計(jì)了爐溫模糊控制器。該控制器能夠根據(jù)當(dāng)前的輸出情況自主生成和修正模糊控制規(guī)則表，克服了傳統(tǒng)模糊控制中模糊規(guī)則表固定不變的缺陷。另外，引入變論域思想對(duì)模糊控制器的論域進(jìn)行伸縮，并采用一種自適應(yīng)變異差分進(jìn)化算法

5、應(yīng)用于伸縮因子的優(yōu)化求解，以克服變論域控制中伸縮因子難以確定的缺點(diǎn)。
　　 針對(duì)加熱爐使用的脈沖式加熱燃燒方式，本文分析了其與連續(xù)式加熱燃燒方式在原理上和操作上的不同之處，設(shè)計(jì)了合理的燒嘴設(shè)定模塊，結(jié)合爐溫變論域自組織模糊控制器，使?fàn)t溫能夠有效跟隨設(shè)定值。同時(shí)，采用模糊控制方法平衡爐內(nèi)氣氛，保證鈦坯在微氧化的環(huán)境下充分加熱。
　　 (4)鈦坯天然氣加熱爐優(yōu)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用以所提出的天然氣加熱爐鈦坯加熱過(guò)程優(yōu)化控制系統(tǒng)