蓄热式加热炉温度过程模拟

论文摘要

蓄热式加热炉是20世纪80年代随着高温低氧燃烧技术(HTAC)成功开发而涌现的新一代节能环保型加热炉,与换热式加热炉相比,具有对空气(或煤气)预热温度高,排烟温度低,热效率高等优点,在世界范围内已得到了广泛的应用。作为轧钢生产线上的重要设备之一,加热炉也是轧线上的耗能大户。因此,进一步研究蓄热式加热炉过程的数学模拟模型及其应用计算机技术,对建立大型化、高度自动化、优质、高产、低消耗的现代加热炉工作制度具有重要的参考价值。本文以蓄热式步进梁加热炉为研究背景,首先简单介绍了加热炉的工艺及过程模拟的基本概念,然后详细介绍了独立分量分析(ICA)的基本原理及几种主要的ICA算法,并着重介绍了一种基于正定核的独立分量分析算法(KICA)。在理论研究的基础上,利用现场采集的大量的输入输出数据,对其进行核ICA处理后,应用多元线性回归建模方法建立了加热炉炉温的数学模型,分析比较了选择多项式核函数和高斯径向基函数两种不同的核函数时模型的输出结果。仿真结果表明,采用独立分量回归方法建立的加热炉炉温模型能够较好的逼近实际温度,进一步证明了此方法的可行性。在此基础上,结合SolidWorks、Matlab、VB三种软件联合开发了加热炉模拟模型实验平台。应用机械设计软件SolidWorks建立了加热炉直观的三维立体图形,并将VB编写的可执行程序制作成SolidWorks的一个宏,使其能够在SolidWorks环境下运行,实现了VB对加热炉三维图形的实时调用,使实验软件更加直观,能够更好的模拟加热炉内的工况变化。在算法实现上,软件采用基于COM组件的VB6.0与Matlab7.0接口编程方法,实现了加热炉数学模型的复杂计算,并利用DDE技术实现模型的对外接口,可以被其它控制程序作为对象调用使用,具有较强的通用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 加热炉工艺简介
• 1.2 过程系统模拟的基本概念与意义
• 1.3 加热炉过程模拟的方法与现状
• 1.4 本文研究内容与结构
• 第二章 独立分量分析原理及算法
• 2.1 常用公式及定义
• 2.1.1 熵
• 2.1.2 互信息
• 2.1.3 Kullback-Leibler散度
• 2.1.4 峰度、亚高斯信号和超高斯信号
• 2.1.5 负熵
• 2.2 ICA实现原理
• 2.2.1 ICA的模糊性
• 2.2.2 ICA的独立性测度准则
• 2.3 现有的几种主要ICA算法介绍
• 2.3.1 信息最大化法（infomax）
• 2.3.2 负熵最大化法
• 2.3.3 最大似然估计法
• 2.4 核ICA算法的提出及推导
• 2.4.1 核函数相关概念
• 2.4.2 ICA中的信号预处理
• 2.4.3 核ICA的优化目标函数
• 2.4.4 核ICA的优化方法
• 2.4.5 核ICA算法流程
• 2.5 小结
• 第三章 基于核ICA的加热炉温度过程建模
• 3.1 建模方法简介
• 3.2 回归分析及多元统计投影
• 3.2.1 多元线性回归
• 3.2.2 主元回归及部分最小二乘
• 3.3 独立分量回归
• 3.3.1 独立分量分析在过程建模中的优点
• 3.3.2 独立分量回归数学模型推导
• 3.3.3 独立分量回归模型计算步骤
• 3.4 仿真研究
• 3.4.1 蓄热式加热炉过程简介
• 3.4.2 炉温模型建立与验证
• 3.5 小结
• 第四章 加热炉温度过程模拟实验软件实现
• 4.1 系统开发工具
• 4.2 DDE技术
• 4.3 VB与MATLAB接口编程实现
• 4.3.1 接口编程方法介绍与比较分析
• 4.3.2 COM组件描述
• 4.3.3 Matlab创建COM组件的过程
• 4.3.4 COM组件在VB中的调用
• 4.4 VB实现对SolidWorks的动态调用
• 4.4.1 SolidWorks二次开发技术
• 4.4.2 SolidWorks的API对象
• 4.4.3 Solidworks"宏"的作用与录制方法
• 4.4.4 在SolidWorks中添加可执行文件
• 4.5 实验软件具体实现
• 4.5.1 生成COM组件
• 4.5.2 VB中使用COM组件
• 4.5.3 加热炉立体图形的SolidWorks实现
• 4.5.4 软件组成与功能
• 4.6 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢