[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

本發明公開了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：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；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；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，本發明的方法不需要額外的稱重傳感器設備，硬件結構簡單、性價比高。

技術領域

本發明涉及鐵水稱重方法，尤其涉及一種基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法。

背景技術

在感應電爐熔煉過程中，除了電壓與電流，許多電路參數是無法測量的，因此一臺感應電爐的性能只能以比較粗糙的估計來進行描述。同時，由于高溫環境的制約，熔煉鐵水的液位與重量也很難在線精確測量，只能憑借經驗估計判斷。

公開號為CN201310411239.3的中國專利公開了一種鐵水自動稱重方法，根據鐵水包的橢圓形狀，選取四個受力點設置了稱重傳感器，從而對鐵水進行稱重。

公開號為CN201610071977.1的中國專利公開了一種用于鐵水倒罐站的自動稱重裝置，通過監測裝有鐵水的魚雷罐的傾斜位置，并結合稱重傳感器來對鐵水進行稱重。

但是現有技術均是針對高爐鐵水稱重，且需借助稱重傳感器，無法實現鐵水在線稱重，沒有涉及到感應電爐鐵水稱重，針對不同爐型稱重方法又不同，這就增加了測量的成本，而且很難照搬到感應電爐的鐵水稱重上。

發明內容

本發明提供一種基于分布參數模型的感應電爐鐵水在線稱重方法，通過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，實現鐵水重量的在線辨識。

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；

(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。

所述的步驟(1)中的等效電路模型及感應電爐負載部分的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：負載部分可視作變壓器模型，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，所得的等效電路如圖2所示；

(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；漏感(L-M)、互感M之和L是恒定的，但漏感(L-M)、互感M的值在熔煉過程中處于不斷變化中；鐵水電阻R在熔煉過程中也是變化的。

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。

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。

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，利用最小二乘法進行系統辨識及參數估計；