控制网

陈友文（1964－）

    男，甘肃民勤人，硕士，高级工程师，研究方向为复杂工业过程的自动控制。

轧钢加热炉是一个具有大惯性、纯滞后和分布参数的非线性系统。其加热方式有连续式和批量式等多种，炉内的热状态变幻难测；钢坯温度分布等许多重要参数难以直接在线检测。使其热工过程的控制难以达到满意的效果[1,2]。

通过计算机优化组织生产和控制生产过程，可以降低加热炉的燃料消耗和提高产品的加热质量，取得明显的经济效益和节能效果[3,4]。

在建立实际控制系统过程中，必须在计算机系统性能约束的前提下，满足优化炉温控制的要求。本文提出了满足这一要求的一种炉温决策方法。

1  炉温优化的目标函数

钢坯表面温度是联系钢坯外部和钢坯内部传热的重要参数。根据尽可能强化炉头供热的原则，取时间为自变量，温度为因变量，所围面积称为过程的特征温度   ，如式(1)所示，作为目标函数，来对钢坯的整个加热过程进行优化。(1)

式(1)中，Ts为钢坯表面温度，K；τf为加热时间，s。

根据对每一个炉段内对应炉温均匀的假设，上述问题可描述为如下数学命题：
(2)

式(2)中，Ω(Tf)=[Tfmin，Tfmax]：为允许炉温集合；km为钢坯总段数；Ts为钢坯表面温度，K。

由此可见，在规定加热时间内，如果钢坯表面温度对加热时间的积分值最小，则等价于加热过程的燃料消耗最小。但在取积分值最小时还应满足对钢坯断面温差的要求和钢坯加热差分方程的制约。即：

 Te*-δ≤Ts(km)≤Te*+δ


炉温求解差分方程                                                             (3)


初始状态：Ts(0)＝Ts0

式(3)中，湮