一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法技术

本发明专利技术提供一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，由计算机控制系统针对连铸过程的特点，应用基于记忆识别模式的反馈和前馈互补控制模型算法，对连铸机整个二冷区的配水制度进行实时补偿控制，使设定的测温控制点的铸坯表面温度保持在目标温度范围之内，从而保证铸坯质量和连铸生产顺行；该方法跟踪分析连铸过程中对铸坯温度的扰动因素，考虑拉速、水量变化历史累积效应，在测温点前后采用反馈控制与前馈控制互补的模式，双重控制连铸坯在整个二次冷却区的热状态，解决了温度反馈控制的滞后问题，使温度反馈控制算法能真实地反映连铸坯的冷却经历和当前热状态，并引入最佳温度区和微调温度区两个控制调节区进行有效、合理的控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及主要应用于冶金过程钢铁材料及其他金属材料连铸成型领域，适用于各种 类型的冶金连铸机。
技术介绍
(1)连铸坯温度在线控制工艺研究现状作为钢铁生产的一道重要工序，连铸过程是钢铁产品凝固成型质量控制的关键环节， 连铸过程中的二次冷却与铸坯缺陷，特别是内部裂纹、中心疏松、偏析等密切相关，二 次冷却不均匀或冷却强度不当都会造成连铸坯的质量缺陷。因此，研究连铸过程的二次 冷却并掌握控制连铸坯的冷却凝固状态非常必要。连铸坯温度是连铸二次冷却强弱最直观的反映，是研究连铸二冷传热过程的一个重 要参数。 一般是通过对连铸坯表面温度的控制来制定或优化二冷制度，并进行二次冷却 的控制。连铸技术发展初期，连铸机的二次冷却通常由一个固定的水表进行控制，并由 配水工人肉眼判断连铸坯的温度，对二冷水进行人为调整。随着自动化技术和计算机模 拟技术的发展，连铸机的二次冷却控制变成了全自动控制。二次冷却水量已不是由固定 的水表和人为判断调整，而是根据研究确定的连铸坯目标表面温度，通过离线传热仿真 模型计算获得，二冷水量是一个固定的随拉速变化的曲线关系，这更加符合拉速连续变 化的实际情况。随着自动控制技术的发展成熟，目前大部分连铸机的二次冷却控制发展 成了在线的动态控制。此二冷动态控制大大加强了二次冷却控制的灵活性，可以一定程 度上考虑了拉速等因素对二次冷却的影响，并能根据实际工艺操作参数自动调整连铸机 的二冷配水。对于连铸过程的二冷动态控制技术，国内外学者都做了大量的研究。从国内外学者对连铸二冷动态控制技术的研究文献以及钢铁企业连铸生产实践来 看，二冷动态控制依然离不开铸坯温度，铸坯温度是二次冷却控制的依据，二次冷却控 制的目标也在于控制铸坯温度。连铸二冷动态控制模型基本都是通过建立相应的连铸二 冷传热模型，实时采集连铸生产操作参数(如拉速等)，计算连铸坯的温度场，并与预定 的连铸坯目标表面温度作比较，在线确定铸机的二冷制度，并实施控制。二冷动态控制 方法的应用，使连铸二次冷却控制有了很大的进步，灵活性大大增强，并一定程度上可以解决拉速等操作参数波动的干扰。但由于各方面的局限性，此种连铸二次冷却动态控 制技术仍存在以下几个技术瓶颈① 此二冷动态控制系统是一个开环控制系统，它不去考证实际铸坯表面温度，而是 把自身传热模型计算得到铸坯温度场当作连铸坯实际温度，并用于判断和二冷控制。② 二冷动态控制系统的控制效果完全依赖于它的传热模型的准确性和可靠性。如果 传热模型的边界条件与实际连铸机边界条件不相符，传热模型计算的铸坯温度场就无法 正确反映连铸坯的真实热状态，这直接影响甚至恶化二冷动态控制的效果。③ 连铸过程是一个连续运动的非常复杂的冷却凝固过程。由于在线控制时间上的要 求和数学模型建立求解的局限性，通常动态传热模型都会做了很多简化假设，传热模型 的边界条件很难完全符合连铸机生产的实际边界条件。二冷动态控制的上述3个限制性技术问题，正是目前很多钢铁企业连铸机的二冷动 态控制系统和二冷动态轻压下系统应用效果不佳的重要原因。虽然国内外不少学者对二 冷动态控制模型进行了研究，但此问题仍然无法解决，仍然是当前全球性的技术难题。根据上述分析可知，另外一个比较可靠的连铸二次冷却在线控制方法就是对连铸过 程中的铸坯温度进行实际测量，并将实测温度在线反馈控制二次冷却，从而控制连铸坯 的温度。在国内外相关研究中，提到了在连铸过程中实测铸坯表面温度，并用于反馈控 制二次冷却的文献不多。通过对这些文献的查阅，发现这些文献研究大多还存在如下几 个未解决的问题① 连铸过程测温在线反馈控制，是冷却与铸坯温度的相互作用过程。定点测温用于 反馈控制是采用当前测定的温度对其前面的冷却作用结果进行判断，并对二次冷却水进 行调整，其中存在一个反馈滞后的问题。所查文献中均不考虑反馈滞后问题，只是以比较简单的一个温差乘以系数的方法进行反馈控制，如^x(r-7;j。这样简单的控制不能够考虑控制过程中拉速、二冷水量变化历史等对铸坯温度的影响，不能根据铸坯的实 际冷却作用进行有效控制，控制也无法稳定。甚至在工艺操作参数比较稳定的情况下， 会导致二冷水控制反复波动。② 只考虑测温点前的二次冷却区的反馈控制作用，测温点后的二次冷却区不采取补 偿控制。这不利于掌控连铸坯在整个二冷区的冷却凝固状态。③ 由于连铸过程中二冷区的水雾、水蒸气、粉尘、油污等比较严重，而且连铸坯表 面上还存在氧化铁皮、水膜、残渣等，对实际测温的干扰影响因素特别多，测温环境恶 劣，无法准确地进行铸坯温度在线测量。不能提供一个可靠的铸坯温度用于反馈控制。④部分文献研究因为上述原因无法解决，只在研究连铸二冷动态控制的基础上，提 出在线测量铸坯实际温度用于二次冷却控制的想法，并不着手研究。(2) 通过专利检索，在先专利(申请)存在以下不足有关连铸坯温度在线控制相关的在先专利(申请)，均停留在温度测试结果的显示分 析处理上，并未将温度信号实时地反馈到连铸过程的二次冷却控制上。例如 ZL200510110014. X "—种连铸坯表面目标温度监控分析方法及其装置"，但该专利技术是通 过红外测温仪检测生产过程中的铸坯实际温度，并对数据进行分析存储，主要内容是关 于连铸坯温度的在线检测和数据分析处理，并没有根据测得的数据进行在线反馈控制连 铸二次冷却。而其余专利均不涉及连铸坯温度在线控制。(3) 连铸坯温度在线控制的现状连铸坯温度的在线控制，就是要通过实时调节二次冷却强度，有效避开或抵消在生 产过程中拉速、浇铸温度等对铸坯表面温度的影响，从而控制连铸坯热状态，达到高质 量生产的目的。目前对铸坯温度的在线控制方法主要有两种。第一种是根据实时采集的 工艺参数，通过计算机传热模型计算推断铸坯的温度场，并进行二冷水的实时控制，从 而控制铸坯温度。此方法属于开环控制，完全依赖传热模型的准确性和与连铸实际的符 合程度，控制效果得不到保证。第二种方法是对连铸过程的铸坯温度进行在线测量，并 反馈控制二次冷却水，从而在线控制连铸坯温度。此方法已经有相关文献研究过，但只 是简单的系数乘以温差的控制作用，不考虑温度反馈控制的滞后性和拉速、水量变化历 史，基本不能按实际情况反应连铸坯的冷却经历，铸坯温度无法稳定控制到目标值，这 在我们的试验分析中得到了证实。连铸坯二次冷却动态控制系统对连铸坯的温度有控制调节作用，但不采用实测铸坯温 度，只是通过传热模型计算推断铸坯温度，执行开环控制，这不能够准确地把握和反应 连铸坯实际热状态，尤其是非正常浇铸状态下的铸坯热状态，因此控制效果也受到了传 热模型准确性等的限制。由于上述问题的限制，连铸坯温度线控制目前在工业生产上还得不到好的应用。为 此，针对这些问题，本申请人在国家自然科学基金(项目号50774105)和国内钢铁企业 的资助下，对连铸坯温度的在线控制方法进行了深入的探索研究。综上所述，为了提高连铸坯质量，提高生产率，需要加强对连铸过程中连铸坯的冷 却凝固状态的掌控力度，需要突破连铸坯温度在线控制的局限性问题，研究连铸过程中 拉速、水量历史累积效应对铸坯温度的影响，解决温度在线反馈控制的滞后性问题，改 进和创新连铸坯温度在线控制方法，并应用到连铸工业生产中。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，其特征在于，由计算机控制系统针对连铸过程特点，应用基于记忆识别模式的反馈和前馈互补控制模型算法，对连铸机整个二冷区的配水制度进行实时补偿控制，使设定的测温控制点的铸坯表面温度保持在目标温度范围之内，从而保证铸坯质量和连铸生产顺行；具体步骤包括：　１）连铸坯温度在线测量　在连铸机的二冷区设置测温控制点，在测温控制点之前和之后均有二次冷却回路；对所述测温控制点的铸坯表面温度进行连续测量，测得的温度信号与目标温度值进行比较；２）将步骤１）获取的温度差值通过反馈控制算法和前馈控制算法，并基于记忆识别模式，分别对测温控制点前、后采用反馈和前馈互补的方式，对整个二冷区的配水制度进行实时调整；　其中，①反馈控制算法　测温控制点之前的二次冷却回路，包括测温控制点所在的回路，采用反馈控制模型；对连铸机二冷水的反馈控制算法如公式（１）；　ΔＱ↓［ｉ］（τ）＝ｋ↓［ｔ］［ΔＱ↓［ｉ］（τ－τ↓［ｃ］）＋ｅ↓［ｂｉ］ｐ↓［ｂ］ΔＴ↓［ｔ］（τ）－∫↓［τ－τ↓［ｂｉ］］↑［τ－τ↓［ｃ］］ΔＱ↓［ｉ］（ｌ）ｄｌ］　（１）　式中，ｉ－各二冷控制回路的序号，对应反馈控制支路，ｉ＝１，２，…，ｍ；　ΔＱ↓［ｉ］（τ）－第ｉ控制回路在时刻τ的由测温回馈计算的二冷水量总增益，Ｌ／ｍｉｎ；　ΔＴ↓［ｉ］（τ）－时刻τ测温控制点的温度测量值与目标温度值的差值，℃；　τ↓［ｂｉ］－测温控制点相对第ｉ控制回路的延迟时间，ｍｉｎ；τ↓［ｂｉ］＝（Ｌ↓［ｔ］－Ｌ↓［ｉ］）／Ｖ，Ｌ↓［ｔ］为测温控制点距结晶器弯月面的距离，ｍ，Ｌ↓［ｉ］为第ｉ控制回路距结晶器弯月面的距离，ｍ，Ｖ为时刻τ－τ↓［ｂｉ］到时刻τ的等效拉坯速度，ｍ／ｍｉｎ；　τ↓［ｃ］－测温控制时间步长，ｍｉｎ；即当前控制时间到下次控制时间的时间间隔；　ｅ↓［ｂｉ］－反馈水量分配系数；即第ｉ控制回路二冷配水量对测温控制点铸坯表面温度的影响系数；此系数与二冷控制回路、二冷段长度等有关，以铸坯均匀冷却表面温度均匀下降的原则进行确定；对于反馈控制支路的水量分配系数有：ｅ↓［ｂ１］＋ｅ↓［ｂ２］＋…＋ｅ↓［ｂｍ］＝１；　ｐ↓［ｂ］－温度对反馈水量的影响系数；即测温控制点铸坯表面温度降低（增加）１℃，测温点之前的反馈控制支路所需增加（减少）的总水量，Ｌ／（ｍｉｎ.℃）；ｐ↓［ｂ］值与钢种类别、铸坯的断面尺寸、与铸机的二冷结构等因素有关；　ｋ↓［ｔ］－温度控制系数；...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龙木军，陈登福，张健，宋立伟，王水根，高龙永，刘洪波，牛宏波，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]