基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法与流程

本发明涉及硅锆熔炼温度自适应控制领域，尤其涉及基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法。

背景技术：

1、直流电矿热炉，如用于硅锆熔炼的直流电矿热炉，属于典型的高温电热冶炼设备，其熔炼质量、能耗水平以及设备运行稳定性均与炉内温度场的空间分布状态密切相关。在实际生产过程中，直流电矿热炉通常采用配置在不同区域的多个区域热输入调节单元对炉内物料进行加热。由于受到加热位置、炉体结构、热传导路径以及熔池内熔体流动状态等多种因素的复杂影响，直流电矿热炉炉内极易产生空间温度分布不均的问题。

2、传统的直流电矿热炉温度控制方式通常仅根据有限的温度检测装置采集到的局部当前温度信息，对整体加热功率或局部加热状态进行反馈调节。然而，直流电矿热炉内温度场具有明显的非线性与空间分布特征，有限测温点难以完整反映整个熔池区域的真实热场状态，易导致局部温度异常无法及时被感知。同时，直流电矿热炉各区域的热输入功率调整会直接引起对应空间位置的温度变化，该变化与熔体内部的热量传播、温度结构迁移等因素交织叠加，使得检测到的温度变化难以准确区分来源，即无法区分是外部功率调控引起的非迁移温升还是内部热结构迁移引起的温升，进而严重影响对炉内温度变化趋势判断的准确性。

3、此外，现有技术多基于当前温度偏差进行简单的反馈调节，无法提前预测功率调整后未来炉内温度分布的变化趋势。当直流电矿热炉局部区域出现熔炼温度不足时，若单纯提高整体输入功率，虽然能改善低温区域，但极易导致其他正常区域温度过高，引发局部过热风险、炉衬侵蚀加剧以及能源浪费。因此，现有的直流电矿热炉控制方法难以在总供电功率受限的情况下，实现炉内不同空间区域热量的自适应与优化协调分配。

技术实现思路

1、本发明提供基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，以解决现有技术中温度场感知不完整、外部功率扰动影响温度判断以及无法实现总输入功率约束下空间热量优化配置的问题。

2、本发明的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，包括以下步骤：

3、s1.获取配置有区域热输入调节单元的直流电矿热炉温度数据及设备运行状态数据，并将炉内熔炼区域划分为两个及以上空间计算单元，构建由各控制周期各空间计算单元空间位置处的温度值组成的直流电矿热炉各空间区域的温度场；基于获取到的各区域热输入调节单元在不同控制周期内的区域热输入功率变化量，结合相应控制周期内的温度场，计算得到非迁移温升速率；基于当前控制周期的温度场和非迁移温升速率，计算当前控制周期的温度结构表观迁移速度矢量；基于当前控制周期的温度场和温度结构表观迁移速度矢量，预测下一控制周期内炉内温度分布变化趋势，得到下一控制周期预测温度场；

4、s2.基于下一控制周期预测温度场，对不同空间区域进行风险判断；构建区域热输入重新分配控制策略，并生成候选区域功率调整方案；对候选区域功率调整方案进行筛选，对于保留的候选区域功率调整方案，计算不同候选区域功率调整方案作用后的下一控制周期预测温度场；基于不同候选区域功率调整方案作用后的下一控制周期预测温度场，构建未来异常温度评价指标；基于异常温度评价指标，评价保留的候选区域功率调整方案，得到下一控制周期实际执行方案。

5、优选的，所述s1，具体包括：

6、基于温度场，计算区域热输入功率变化后的后一控制周期温度值与前一控制周期温度值的差值，并计算所述差值和控制周期差值的比值，得到各空间位置在区域热输入功率变化后的实际温度变化速率；并将同一区域热输入调节单元区域热输入功率变化量与对应空间位置实际温度变化速率进行对应记录，形成区域热输入功率变化量与空间位置实际温度变化速率之间的历史对应关系。

7、优选的，所述s1，具体包括：

8、在当前控制周期，计算当前周期的区域热输入功率变化量以及对应空间位置；在历史对应关系中，当前区域热输入功率变化量与历史记录中的某一区域热输入功率变化量相同时，直接调用该区域热输入功率变化量对应的空间位置实际温度变化速率作为非迁移温升速率；当不存在与历史记录中完全相同的区域热输入功率变化量时，采用线性插值计算对应空间位置的温度变化速率，作为非迁移温升速率。

9、优选的，所述s1，具体包括：

10、引入非迁移温升分离机制，基于非迁移温升速率，结合温度场时间变化量与温度场空间梯度，计算温度结构表观迁移速度矢量。

11、优选的，所述s1，具体包括：

12、基于当前控制周期的温度场和温度结构表观迁移速度矢量，生成空间变化位移矢量，并沿温度场梯度方向进行空间位置更新，得到预测位置，从而获得下一控制周期预测温度场。

13、优选的，所述s1，具体包括：

14、基于构建的下一控制周期实际温度场与上一周期生成的预测温度场，计算得到各空间计算单元的温度偏差；基于各空间计算单元的温度偏差计算空间计算单元的温度偏差的平均绝对误差；基于平均绝对误差判断预测结果是否有效；预测结果有效，则允许基于预测温度场执行区域功率调整，否则停止依据预测温度场进行区域功率迁移控制。

15、优选的，所述s2，具体包括：

16、引入目标温度范围，基于不同候选区域功率调整方案作用后的下一控制周期预测温度场，构建高温风险项和低温风险项；引入空间评价系数，对高温风险项和低温风险项进行加权求和，并通过由空间评价系数构成的归一化项进行归一化处理，得到异常温度评价指标。

17、优选的，所述s2，具体包括：

18、当候选区域功率调整方案对应的预测温度场存在超过目标温度范围的异常区域时，选择异常温度评价指标最小的候选区域功率调整方案。

19、优选的，所述s2，具体包括：

20、当候选区域功率调整方案的异常温度评价指标为零时，选择任一满足目标温度范围的候选区域功率调整方案作为下一控制周期实际执行方案。

21、本发明的技术方案的有益效果是：

22、1、通过构建炉内连续温度场，并基于历史区域热输入功率的变化数据与对应空间位置温度值的变化响应数据分离外部热输入变化造成的非迁移温升，降低功率扰动对温度变化判断的影响，提高温度结构迁移趋势预测的准确性。

23、2、通过预测未来温度分布状态识别潜在高温风险区域和熔融不足区域，并在保持总输入电功率不变的情况下，对不同区域热输入功率进行空间重新配置，实现热源分布优化。

24、3、通过预测温度场评价不同候选区域功率调整方案的未来温度稳定性，选择能够降低异常温度风险的控制方案，从而提高直流电矿热炉温度场均匀性、运行稳定性。

25、4、通过预测温度场与实际温度状态的反馈校验，避免预测偏差导致的不合理调节，提高系统控制可靠性，实现硅锆熔炼过程由传统温度反馈控制向预测式空间热场优化控制的转变。

1.基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s1，具体包括：

3.根据权利要求2所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s1，具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s1，具体包括：

5.根据权利要求4所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s1，具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s1，具体包括：

7.根据权利要求1所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s2，具体包括：

8.根据权利要求7所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s2，具体包括：

9.根据权利要求7所述的基于温度场动态预测的硅锆熔炼温度自适应控制方法，其特征在于，所述s2，具体包括：