[发明专利]一种基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法

权利要求书

1.一种基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法，包括以下步骤：

(1)分析感应电炉电路结构及负载特性，建立等效电路模型及感应电炉负载部分的微分方程；

所述微分方程通过以下步骤建立：

(1-1)对感应电炉的负载进行分析建模：负载部分视作变压器模型，包括漏感(L-M)、互感M、铜损电阻R₀、铁损电阻R_M和铁水电阻R，建立等效电路；

(1-2)根据建立的等效电路，以感应线圈的输入电流i为输入，输入电压u为输出，利用基尔霍夫定律，得到感应电炉负载部分的微分方程：

其中，铜损电阻R₀是感应线圈与连接电缆的电阻；铁损电阻R_M是根据负载的变压器模型假设的；

(2)采样感应电炉熔炼过程的输入输出数据，并结合感应电炉负载部分的微分方程，对采样数据进行系统辨识及电路参数估计；

(3)建立电路参数与感应电炉铁水高度与铁水截面直径之间的分布关系模型，根据铁水重量计算公式，实现铁水重量的在线辨识；所述分布关系模型通过以下步骤建立：

(3-1)设感应电炉内铁水高度为h，铁水截面直径为d，感应电炉等效电路参数表示为：

M＝k₁d²h²

其中，k₁与k₂为常数，通过特定状态的试验确定，f是电流频率；

(3-2)感应电炉在任一状态下的电路参数M、R由系统辨识与参数估计得到后，得炉内铁水的几何分布关系为：

2.根据权利要求1所述的基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，采样感应电炉熔炼过程的输入输出数据，采样频率不低于输入输出频率的两倍。

3.根据权利要求1所述的基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，采样的输入数据，是感应线圈的输入电流，输出数据是感应线圈的输入电压。

4.根据权利要求1所述的基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法，其特征在于，所述的步骤(2)中对采样数据进行系统辨识及电路参数估计包括以下步骤：

(2-1)计算区间选取范围为1-30s，在每个计算区间内电路参数视为近似不变的，利用递推基本最小二乘估计进行系统辨识及参数估计，得到离散过程的传递函数系数

(2-2)将步骤(2-1)得到的离散过程的传递函数系数转化为连续过程的传递函数系数结合感应电炉负载部分的微分方程，得到R₀、R_M、L、M、R的值。

5.根据权利要求1所述的基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法，其特征在于，所述的步骤(3-1)中k₁与k₂的值通过以下步骤确定：

(3-1-1)采样感应电炉特定状态熔炼过程的输入输出数据，并结合感应电炉负载部分的微分方程，对采样数据进行系统辨识及电路参数估计，得到相应状态的互感M和铁水电阻R；

(3-1-2)将特定状态的炉内铁水高度为h，铁水截面直径为d，互感M，铁水电阻R及电流频率f代入(3-1)的感应电炉等效参数模型，求得k₁与k₂的值。

6.根据权利要求5所述的基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法，其特征在于，所述的步骤(3)中的铁水重量计算公式为：

ρ₀为铁水密度，感应电炉在任一状态下的电路参数M、R由系统辨识与参数估计得到后，根据建立的分布关系模型得到感应电炉内铁水的高度h与截面直径d，得到炉内的铁水重量。