《複雜環境下迴轉窯物料流動過程的實時測量機理與方法》是依託湖南大學，由劉小燕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：複雜環境下迴轉窯物料流動過程的實時測量機理與方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉小燕
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
工業窯爐複雜系統運行在封閉、高溫、粉塵等惡劣環境，其運行信息的測量問題是當代控制理論與技術面臨的挑戰。本項目以量大面廣的迴轉窯為研究對象，針對封閉窯體內物料流動過程信息缺失的問題，提出料層厚度、停留時間、負荷率等關鍵信息的實時動態測量機理與方法，為迴轉窯的高性能運行和節能控制提供新的量化過程信息。 項目首先根據物料流動的軸向-徑向耦合特點，構建軸向流動過程的宏尺度動態可測量機理模型，並通過DEM仿真獲取物料徑向流動過程的微尺度信息；在此基礎上，提出一種將微尺度知識與物料實時圖像、歷史資料庫、現場數據有效融合的方法，以解決宏尺度機理模型中物性參數與邊界條件的線上確定問題、強粉塵環境下測量系統的穩健性問題以及測量模型的線上校正問題，最終實現料層厚度等關鍵信息的實時動態測量，是過程工程學在控制領域的創新運用。項目的研究結果能從一定程度豐富工業窯爐複雜系統運行信息測量理論，推動該領域的研究進展。
結題摘要
工業窯爐複雜系統運行在封閉、高溫、粉塵等惡劣環境，其運行信息的測量問題是當代控制理論與技術面臨的挑戰。本項目以量大面廣的迴轉窯為研究對象，針對封閉窯體內物料流動過程信息缺失的問題，系統研究複雜環境下迴轉窯物料流動過程的機理及其特徵信息的實時測量方法。項目依託機器人視覺感知與控制技術國家工程實驗室、流程工業綜合自動化國家重點實驗室兩個國家級科研平台，與德國高校開展深入合作，採用物理實驗、理論研究、DEM仿真等多種手段開展項目研究。（1）在微尺度機理研究方面：建立了物料流動過程的DEM模型，仿真研究了迴轉筒中物料混合過程及其功耗曲線的變化規律，為迴轉窯工況分析提供了理論依據；仿真研究了物料顆粒表層與內部混合過程的差異，在此基礎上分析了圖像檢測方法的可信度；針對工業迴轉窯，提出一種基於宏尺度機理模型的物料傳輸功耗簡化計算方法。（2）在測量方法方面：根據物料流動過程與傳熱過程耦合特點，提出了一種基於RGB/IR機器視覺的過程信息（混合度、調節時間）檢測方法；針對準工業級內熱式迴轉窯，提出了一種基於溫度場的料層厚度自動檢測方法；針對物料運動狀態的控制問題，提出了一種基於圖像反饋的物料運動狀態檢測與控制方法；針對工業迴轉窯，提出了一種宏尺度機理模型與機器視覺融合的物料流動過程軟測量方法，實現物料停留時間、料層厚度、負荷率等重要信息的預報；在以上研究基礎上，以水泥迴轉窯為具體對象，結合實際生產過程數據，提出了一種基於時序特徵的水泥熟料質量SVM軟測量方法以及一種基於紅外熱圖像的迴轉窯筒體熱損失線上計算方法；（3）在工程套用方面：研發了一套迴轉窯主電機功率設計軟體、一套工業迴轉窯筒體熱損失測量系統、一套迴轉窯物料堆積度預報系統，並試用於水泥和鋼鐵行業的迴轉窯。本項目的部分研究成果已公開，發表學術論文13篇（其中SCI二區國際期刊5篇、控制領域中文核心期刊4篇），申請發明專利1項，組織了兩次與本項目相關的中德高端學術研討會，已培養畢業了10名碩士研究生。 本項目較好地解決了複雜環境下迴轉窯物料流動過程重要信息測量中的理論基礎與測量方法問題，達到了預期研究目標，同時為工業窯爐複雜系統“運行信息測量難”的共性問題提供了可供借鑑的解決框架。此外，將本項目在視覺檢測與圖像處理方面的技術積累拓展套用於醫學圖像信息處理領域並發表4篇學術論文，拓寬了今後的研究方向。
