加热炉的温度控制方法、系统、控制装置和加热炉系统与流程

本发明涉及加热炉，特别是涉及一种加热炉的温度控制方法、系统、控制装置和加热炉系统。

背景技术：

1、加热炉已广泛用于炼钢设备的再加热或热处理。加热炉的温度控制的精确度对炉内制造产品的质量有很大影响，因此对加热炉进行精确温度控制非常重要。目前，加热炉温度控制方法包括基于离线比例-积分-微分(pid)的控制方法和基于线性二次跟踪器(lqt)的温度控制方法：(1)基于pid控制的主要思想是利用经验pid系数以及再加热板坯的目标温度和实时温度之间的动态差异自适应地生成控制信号；(2)基于线性二次跟踪器(lqt)的温度控制方法，通过以离线或在线方式数值求解炉温lqt问题的riccati方程所获得的跟踪控制增益，以及包含目标温度和再加热板坯实时温度的增强系统状态，对温度控制器处产生的热输入进行参数化。

2、然而，上述方法存在以下缺点：1)pid温度控制是一种启发式控制方法，缺乏鲁棒性，远远不能达到最优；2)现有的基于pid和基于lqt的温度控制方法没有考虑控制信号对实时无线信道状态的适应性，以及当考虑外部物联网控制器和加热炉之间的无线网络时，现有的基于pid和基于lqt的控制方法的暴力应用将导致在加热炉温度控制系统内的再加热板坯的瞬时温度和目标温度之间大的失配。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种加热炉的温度控制方法、系统、控制装置和加热炉系统，其能够解决现有技术中难以精确控制加热炉温度的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种加热炉的温度控制方法，加热炉包括加热器和多个温度传感器，所述加热器用于为加热炉内的再加热板坯提供热能，多个所述温度传感器安装在所述再加热板坯上；多个所述温度传感器分别与控制装置无线通信连接，所述方法由控制装置执行，包括：

3、执行初始化操作；

4、基于上行链路信道状态信息、下行链路信道状态信息和识别的加热炉动态模型参数矩阵，确定目标温度跟踪控制增益；所述识别的动态模型参数矩阵表示识别的加热炉内的再加热板坯的温度关于时间变化的动态模型的参数矩阵；

5、基于目标温度跟踪控制增益、再加热板坯的目标温度和控制装置接收到的再加热板坯的温度测量值，确定目标温度控制信号；

6、基于所述目标温度控制信号控制所述加热器进行温度调整，并返回至所述基于上行链路信道状态信息、下行链路信道状态信息、识别的加热炉动态模型参数矩阵，确定目标温度跟踪控制增益步骤。

7、作为优选方案，所述执行初始化操作，具体包括：

8、设置初始目标温度控制信号、初始加热炉动态模型参数矩阵和初始估计变量。

9、作为优选方案，所述基于上行链路信道状态信息、下行链路信道状态信息和识别的加热炉动态模型参数矩阵，确定目标温度跟踪控制增益，具体包括：

10、获取上行链路信道状态信息，所述上行链路信道状态信息包括温度传感器与控制装置之间的上行链路无线衰落增益以及温度传感器的独立同分布随机访问变量；

11、获取下行链路信道状态信息，所述下行链路信道状态信息包括控制装置与加热器之间的下行链路无线衰落增益以及控制装置的独立同分布随机访问变量；

12、获取识别的加热炉动态模型参数矩阵；

13、基于所述温度传感器与控制装置之间的上行链路无线衰落增益、所述温度传感器的独立同分布随机访问变量、所述控制装置与加热器之间的下行链路无线衰落增益、所述控制装置的独立同分布随机访问变量和所述识别的加热炉动态模型参数矩阵，确定目标温度跟踪控制增益。

14、作为优选方案，所述获取识别的加热炉动态模型参数矩阵，具体包括：

15、通过以下公式获取识别的加热炉动态模型参数矩阵：

16、

17、

18、

19、其中，为第k时刻识别的加热炉动态模型参数矩阵；为第k一1时刻识别的加热炉动态模型参数矩阵；为第k时刻的归一化的学习步长；为第k-1时刻的温度传感器与控制装置之间的上行链路无线衰落增益；为第k时刻的温度传感器与控制装置之间的上行链路无线衰落增益；为第k时刻控制装置接收到的再加热板坯的温度测量值；为第k-1时刻控制装置接收到的再加热板坯的温度测量值；为第k-1时刻的控制装置的独立同分布随机访问变量；为第k-1时刻的控制装置与加热器之间的下行链路无线衰落增益；uk-1为第k-1时刻的目标温度控制信号；为第k时刻的温度传感器的独立同分布随机访问变量；ε为截断参数，ε＞0；为第k-1时刻的温度传感器的独立同分布随机访问变量；{αk}是满足和的步长序列；τ为采样周期；a为再加热板坯的水平截面面积；h为加热器与再加热板坯之间的热对流传热系数；ρ为再加热板坯的密度；c为再加热板坯的热容；d为再加热板坯的厚度；λ为再加热板坯的热导率；nw为炉壁和辅助设备的总数；βi为加热炉辅助设备的权重；pi为加热炉辅助设备的比热。

20、作为优选方案，所述基于所述温度传感器与控制装置之间的上行链路无线衰落增益、所述温度传感器的独立同分布随机访问变量、所述控制装置与加热器之间的下行链路无线衰落增益、所述控制装置的独立同分布随机访问变量和所述识别的加热炉动态模型参数矩阵，确定目标温度跟踪控制增益，具体包括：

21、通过以下公式计算当前时刻的目标温度跟踪控制增益：

22、

23、其中，为第k时刻的目标温度跟踪控制增益；r为第一加权系数；m为第二加权系数；为第k时刻的控制装置的独立同分布随机访问变量；为第k时刻的控制装置与加热器之间的下行链路无线衰落增益；ξ为贴现因子；为第k时刻聚合的加热器执行矩阵；i{·}∈{0，1}为指示函数；g为目标温度的动态参数矩阵；为第k时刻的温度传感器的独立同分布随机访问变量；为第k时刻的温度传感器与控制装置之间的上行链路无线衰落增益；为第k时刻的估计变量。

24、作为优选方案，所述第k时刻的估计变量通过以下公式进行更新：

25、

26、

27、其中，为第k+1时刻的估计变量；qa为聚合的权重矩阵。

28、作为优选方案，所述基于目标温度跟踪控制增益、再加热板坯的目标温度和控制装置接收到的再加热板坯的温度测量值，确定目标温度控制信号，具体包括：

29、通过以下公式计算目标温度控制信号：

30、

31、其中，uk为第k时刻的目标温度控制信号；为第k时刻再加热板坯聚合的温度矩阵，rk为第k时刻的再加热板坯的目标温度。

32、为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种控制装置，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的加热炉的温度控制方法。

33、为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种加热炉的温度控制系统，包括多个温度传感器以及所述的控制装置。

34、为了解决相同的技术问题，本发明实施例还提供一种加热炉系统，包括加热炉以及所述的加热炉的温度控制系统。

35、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于：本发明实施例基于上行链路信道状态信息、下行链路信道状态信息和识别的加热炉动态模型参数矩阵确定目标温度跟踪控制增益，并基于目标温度跟踪控制增益、再加热板坯的目标温度和控制装置接收到的再加热板坯的温度测量值确定目标温度控制信号，以控制加热器进行温度调整，这样，在温度控制过程中考虑到了控制装置与加热炉之间的无线网络带来的信号噪声，从而能够精确控制加热炉温度。