《基於輻射反向分析的控制系統參數辨識研究》是依託東北大學，由張衛軍擔任項目負責人的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於輻射反向分析的控制系統參數辨識研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：張衛軍
- 依託單位：東北大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
高溫設備中的熱交換通常以輻射為主導，物料受熱的邊界條件為強烈非線性。對此類系統實施計算機監督控制時，由於氣體非灰輻射的複雜性和對工藝參數變化的敏感性，所以控制系統參數的動態補償十分重要，且難度較大。為彌補以工業實驗進行參數估計的不足，申請者提出將系統參數辨識分為基本辨識和補償辨識兩部分，本研究以補償辨識為重點，以機理性輻射模型在離線條件下的動態分析為主要手段。其本質是從傳熱學基本原理出發，對輻射-傳導-流體流動多因素耦合的傳熱學問題進行反向分析，實現線上模型參數總括熱吸收率的軟辨識。這有助於全面提高線上模型的動態精度。申請者將區域法模型的輻射全交換面積概念推廣套用於爐膛熱電偶熱端表面，實現了爐溫的數學描述，為控制系統的離線研究創造了閉環的條件，也有助於離線研究成果的線上套用。以精確模型修正線上簡化模型的研究方法體現了不同學科的優勢互補，有利於現代控制理論在各種工業系統中的套用和普及。
結題摘要
高溫設備中的熱交換通常以輻射為主導，物料受熱的邊界條件為強烈非線性。對此類系統實施計算機監督控制時，由於氣體非灰輻射的複雜性和對工藝參數變化的敏感性，所以控制系統參數的動態補償十分重要，且難度較大。為彌補以工業實驗進行參數估計的不足，本研究提出將系統參數辨識分為基本辨識和補償辨識兩部分，以機理性輻射模型在離線條件下的動態分析為主要手段。其本質是從傳熱學基本原理出發，對多因素耦合的傳熱學問題進行反向分析，實現線上模型參數總括熱吸收率的軟辨識。這有助於全面提高線上模型的動態精度。申請者將區域法(也稱段法)模型的輻射全交換面積概念推廣套用於爐膛熱電偶熱端表面，實現了爐溫的數學描述，為控制系統的離線研究創造了閉環的條件，也有助於離線研究成果的線上套用。項目研究的主要成果有：(1) 結合指數寬頻模型和Leckner級數式求解非灰體系下的氣體輻射特性參數。為提高指數寬頻模型的計算速度，使模型能夠滿足氣體輻射特性參數與平均射線行程耦合求解的要求，回歸了H2O和CO2在模型求解過程中較複雜的參數，得到了該參數在各譜帶的函式表達式。(2) 本研究提出反演氣體對其部分邊界平均射線行程的新方法，解除吸收係數為輸入條件的限制，以輻射直接交換面積為中間量，結合指數寬頻模型和貝爾定律，耦合求解非灰體系下平均射線行程和氣體輻射特性參數。(3) 採用當量灰的思路描述爐氣。分別在非灰體系和灰體系下，建立以爐氣和被加熱物料表面溫度為輸入條件的一段式三元模型，並以非灰體系下求解的物料表面熱流為基準，反演當量灰體系下的輻射特性參數和平均射線行程。(4) 建立引入假想面的二維穩態區域法模型，解決了爐內輻射遮蔽問題。為提高模型計算效率，推導了二維體系下的輻射直接交換面積積分降重表達式。並改進了全交換面積計算過程，避開由於引入了假想面反射熱流密度的求解中出現計算式分母為零的情況，使改進的方法能夠適用於存在黑體表面段的體系進行計算。(5) 為滿足實時性要求，本研究提出改進型動態三元模型。(6) 分別採用黑匣子實驗和改進型動態三元模型對系統參數進行基本辨識和補償辨識。(7) 提出並實現連續加熱爐雙模型鋼溫跟蹤系統，以傳統的總括熱吸收率法為主模型，以改進型動態三元模型為輔助模型，由三元模型實現系統參數的線上實時動態辨識，以修正基本辨識值。
