[發明專利]一種基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法

有效

• 申請號: 201710556712.5
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107340040B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 毛維杰;胡旭鳴
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01G17/04
• 分類號: G01G17/04;C21C5/52
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法，包括以下步驟：

(1)分析感應電爐電路結構及負載特性，建立等效電路模型及感應電爐負載部分的微分方程；

所述微分方程通過以下步驟建立：

(1-1)對感應電爐的負載進行分析建模：負載部分視作變壓器模型，包括漏感(L-M)、互感M、銅損電阻R₀、鐵損電阻R_M和鐵水電阻R，建立等效電路；

(1-2)根據建立的等效電路，以感應線圈的輸入電流i為輸入，輸入電壓u為輸出，利用基爾霍夫定律，得到感應電爐負載部分的微分方程：

其中，銅損電阻R₀是感應線圈與連接電纜的電阻；鐵損電阻R_M是根據負載的變壓器模型假設的；

(2)采樣感應電爐熔煉過程的輸入輸出數據，并結合感應電爐負載部分的微分方程，對采樣數據進行系統辨識及電路參數估計；

(3)建立電路參數與感應電爐鐵水高度與鐵水截面直徑之間的分布關系模型，根據鐵水重量計算公式，實現鐵水重量的在線辨識；所述分布關系模型通過以下步驟建立：

(3-1)設感應電爐內鐵水高度為h，鐵水截面直徑為d，感應電爐等效電路參數表示為：

M＝k₁d²h²

其中，k₁與k₂為常數，通過特定狀態的試驗確定，f是電流頻率；

(3-2)感應電爐在任一狀態下的電路參數M、R由系統辨識與參數估計得到后，得爐內鐵水的幾何分布關系為：

2.根據權利要求1所述的基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，采樣感應電爐熔煉過程的輸入輸出數據，采樣頻率不低于輸入輸出頻率的兩倍。

3.根據權利要求1所述的基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法，其特征在于，所述的步驟(2)中，采樣的輸入數據，是感應線圈的輸入電流，輸出數據是感應線圈的輸入電壓。

4.根據權利要求1所述的基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法，其特征在于，所述的步驟(2)中對采樣數據進行系統辨識及電路參數估計包括以下步驟：

(2-1)計算區間選取范圍為1-30s，在每個計算區間內電路參數視為近似不變的，利用遞推基本最小二乘估計進行系統辨識及參數估計，得到離散過程的傳遞函數系數

(2-2)將步驟(2-1)得到的離散過程的傳遞函數系數轉化為連續過程的傳遞函數系數結合感應電爐負載部分的微分方程，得到R₀、R_M、L、M、R的值。

5.根據權利要求1所述的基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法，其特征在于，所述的步驟(3-1)中k₁與k₂的值通過以下步驟確定：

(3-1-1)采樣感應電爐特定狀態熔煉過程的輸入輸出數據，并結合感應電爐負載部分的微分方程，對采樣數據進行系統辨識及電路參數估計，得到相應狀態的互感M和鐵水電阻R；

(3-1-2)將特定狀態的爐內鐵水高度為h，鐵水截面直徑為d，互感M，鐵水電阻R及電流頻率f代入(3-1)的感應電爐等效參數模型，求得k₁與k₂的值。

6.根據權利要求5所述的基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法，其特征在于，所述的步驟(3)中的鐵水重量計算公式為：

ρ₀為鐵水密度，感應電爐在任一狀態下的電路參數M、R由系統辨識與參數估計得到后，根據建立的分布關系模型得到感應電爐內鐵水的高度h與截面直徑d，得到爐內的鐵水重量。