基于神经网络的连铸坯温度优化控制研究

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连铸坯感应加热是近年来钢铁行业连铸直轧技术发展的新动向,铸坯经结晶器成型切割之后,在其温度尚未大幅度下降之前,采用电磁感应加热方式加热铸坯,使其整体温度均匀。当铸坯温度达到轧制温度之后,进行轧制。电磁感应加热技术能够有效节能降耗,减少污染,随时启动,在线加热,在重视节能减排的今天正受到钢铁生产企业的青睐。本文将根据感应加热原理,在考虑钢坯运动的情况下,对钢坯进行受热分析,并根据现场采集的大量实际数据,训练建立钢坯温度预测的神经网络模型。在该模型基础上,采用随机搜索的方法调整电压控制曲线,使钢坯加热后的温度达到目标值,实现热连轧生产线感应加热过程的温度优化控制。论文主要研究内容概括如下:(1)连铸电磁感应加热机理的简化分析从实际建模需要出发,对感应加热问题进行了合理的简化,以麦克斯韦方程组为理论基础,在忽略位移电流及坯料运动对电磁场影响的情况下,分析钢坯升温的电磁加热机理,为建模提供理论根据。同时,推导铁芯线圈阻抗的简易测算法,并引入电功率密度概念。(2)建立BP神经网络温度预测模型感应加热过程是电磁——热耦合的过程,在加热过程中,钢坯的磁导率、电阻率以及涡流的分布情况都随着温度发生变化,所以感应加热是一个时变、滞后、非线性的复杂过程,需要适当简化处理其过程。从实际采集数据出发,分析并抽取有效数据,建立基于BP神经网络的温度预测模型,包括两种建模思路,分别是电参数温度预测模型和电功率温度预测模型,对比这两种模型的预测效果,电功率模型训练及预测更为精准,有助于钢坯温度的优化控制。(3)优化电压控制曲线两个感应器以并联的方式工作,中频电源输出电压同时作用在两个感应器上,调整某一时刻的电压控制曲线,会同时影响两个感应器的功率,这样在两个感应器里的两段钢坯的温度都会受到影响,耦合作用明显。基于电功率温度预测模型良好的预测效果,采取随机搜索的方法,分段优化电压控制曲线,有效控制钢坯加热后的温度。实际应用时,针对每个温度范围的样本建立电压控制曲线数据库,实现钢坯温度快速优化控制。
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