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第8期 薛美盛等．工频感应炉温度控制系统的仿真研究 959 工频感应炉温度控制系统的仿真研究 薛美盛1 周 杰1 孙德敏2 刘云松2 (1．中国科学技术大学自动化系，合肥230026；2．上海捷控软件技术有限公司，上海201203) 摘 要针对某铜业公司立式感应炉内铜液温度过高，不能实时测得其温度，无法直接反馈构成闭环控 制回路的问题，提出一种基于参数辨识的铜芯温度软测量控制方案，利用所建模型的输出作为铜芯的估 计温度，即可实现炉内铜芯温度的闭环控制。由于炉料和炉体工况的变化会引起实际模型参数发生变 化。故需在线更新模型参数。仿真结果表明该方案合理可行。 关键词 感应炉温度控制 铜芯温度软测量参数辨识参数在线更新仿真 文献标识码 A 文章编号 1000-3932(2013)08-0959-04 中图分类号TH862+．6 铜熔过程增益、铜熔过程时间常数、炉壁传热过程 以50、60Hz工业频率电流作为电源的感应炉 称为工频感应炉，用于冶炼金属(铜及铜合金等 增益和炉壁传热过程时间常数。 的熔炼和铸造)，可作为熔化炉和保温炉，由炉 系统辨识过程：首先采集输入到炼铜炉的电 体、电气、水冷系统和液压系统四大部分组成¨。。 压u(J|})作为炉内铜熔化过程的输入变量，同时用 笔者的研究对象是上海某铜业公司的立式感应 手提测温仪插入熔化液铜芯测得铜芯温度t。(k) 炉，熔化炉加料后手工操作调节变压器电压，使炉 作为炉内铜熔化过程的输出变量；再用手提测温 内原料熔化，用低压进行冶炼和保温，保持熔化铜 仪测量铜芯温度t。(k)作为炉壁传热过程的输入 液温度稳定在合适温度，满足要求后倒出铜液旧。。 变量，同时采集炉壁温度t．(k)作为炉壁传热过程 目前。炉内铜液测温是由人工将手提测温仪 的输出变量。然后用这两组数据{l‘(k)，t。(k)}、 插入熔化液铜芯，读取数据作为参考。存在的问 题是无法直接检测铜芯的温度(高温超过 程并建立炉壁传热过程数学模型，即估计出‰、 1 0000C)，无法实现直接反馈，因而无法进行闭环 ％、K。和L的值。文献[8]描述了相关系数辨识 控制。在此，笔者采用基于参数辨识的软测量建 法，文献[9，10]阐述了最小二乘法，此处将辨识 模间接估计铜芯温度来实现反馈。 方法略去。 1 基于参数辨识的铜芯温度软测量 建立了炉内铜熔化过程的数学模型后，就能 文献[3—6]基于热力学机理建模介绍软测根据在线采集到的变压器输出电压Ⅱ(k)计算出 量技术在铜精炼过程中的应用。笔者从另一个角 相应的铜芯温度t。(k)的估计值；。(k)，用这个估 度提出一种新的研究方案。 计铜芯温度替代手提测温仪的测量值t。(k)实现 1．1 原理 反馈，即可实现闭环炉内铜芯温度的控制。闭环 将感应炉过程系统中的传热部分分成炉内铜 炉的控制回路如图1所示。 熔过程和炉壁传热过程两部分讨论。绝大多数工 1．2模型参数更新 业过程可用低阶系统表示，为简便起见采用一阶 如果炉体和原料都很稳定，炉内铜熔化过程 惯性环节近似川。 的数学模型参数就不会变化，从理论上讲铜芯温 选择易于测得的炉壁温度作为关键操作变 度控制可以达到理想精