[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

说明书

本发明公开了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：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；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；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，本发明的方法不需要额外的称重传感器设备，硬件结构简单、性价比高。

技术领域

本发明涉及铁水称重方法，尤其涉及一种基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法。

背景技术

在感应电炉熔炼过程中，除了电压与电流，许多电路参数是无法测量的，因此一台感应电炉的性能只能以比较粗糙的估计来进行描述。同时，由于高温环境的制约，熔炼铁水的液位与重量也很难在线精确测量，只能凭借经验估计判断。

公开号为CN201310411239.3的中国专利公开了一种铁水自动称重方法，根据铁水包的椭圆形状，选取四个受力点设置了称重传感器，从而对铁水进行称重。

公开号为CN201610071977.1的中国专利公开了一种用于铁水倒罐站的自动称重装置，通过监测装有铁水的鱼雷罐的倾斜位置，并结合称重传感器来对铁水进行称重。

但是现有技术均是针对高炉铁水称重，且需借助称重传感器，无法实现铁水在线称重，没有涉及到感应电炉铁水称重，针对不同炉型称重方法又不同，这就增加了测量的成本，而且很难照搬到感应电炉的铁水称重上。

发明内容

本发明提供一种基于分布参数模型的感应电炉铁水在线称重方法，通过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，实现铁水重量的在线辨识。

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；

(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。

所述的步骤(1)中的等效电路模型及感应电炉负载部分的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：负载部分可视作变压器模型，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，所得的等效电路如图2所示；

(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；漏感(L-M)、互感M之和L是恒定的，但漏感(L-M)、互感M的值在熔炼过程中处于不断变化中；铁水电阻R在熔炼过程中也是变化的。

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。

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。

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，利用最小二乘法进行系统辨识及参数估计；