链篦机—回转窑—环冷机是一种钢铁冶炼工艺设备,其中链篦机主要用于
对生球团的干燥和预热。链篦机是一个大型、复杂的机电运动装置,其干燥过
程温度空间分布复杂,难以实现精准的自动化控制。链篦机可以分为 3 个部分:
鼓风干燥段、抽风干燥段、预热段
[1]
,其中鼓风干燥段(Updraft Drying,UDD)主
要用于除去生球团的附着水。如果温度场不满足水分干燥的要求,球团在干燥
过程 中可 能会 发生 爆裂 ,致使生 产质 量下 降
[2,3]
。温 度分 布特 性检 测对 于实 现
UDD 温度精确稳定的自动控制是不可或缺的。
温度空间分布很难直接测量,通常研究多个单点式或超声温度传感器构成
传感器测温阵列,进而采用插值或拟合的方式获取温度场信息
[4,5]
。在工业现场
中,接触式单点测温传感器如热电偶、热电阻最为常用
[6]
。这种传感器的安装需
要在设备上进行开孔。传感器布置过多,意味着需要在被测设备外壁开更多的
孔,增加漏气风险,还会造成传感器数据冗余,成本提高。但布置传感器的数量不
足又无法充分描述温度场的空间分布信息,对于温度控制的精度有较大的影响。
因此,要获得 UDD 的温度场分布情况,就要对传感器数量和测点位置进行优化,
利用数量和位置信息进行温度场重构。
插值和拟合的温度场重构方法直接影响温度场重构的精度。非线性最小二
乘法
[7,8,9]
由于简单高效故而被经常采用。研究者发现,采用径向基函数(Radial
Basis Function,RBF)的方法,可以有效提高重构的精度
[10]
,且适用于复杂函数。
在温度场检测并进行重构时,通常不考虑传感器的布局优化问题,而是根据测温
传感器和被测温度场的物理特性进行布置,例如采用均匀的传感器布置阵列来
尽可能多地覆盖被测区域
[11,12,13]
,进而通过重构算法得到温度分布情况。采用计
算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)模拟温度场,根据温度分布
趋势布置传感器
[14]
。对子区域进行划分,在每个子区域布置传感器后利用反距
离加权的方式得到温度分布来有效提高其温度场的重构精度
[15]
。基于本征正交
分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)并结合 CFD
[16,17]
,给出确定传感
器位置的目标函数,提升了计算速度,但其忽略了不同重构方法对于不同传感器
布置方案的影响,所得结果存在较大的系统误差。
在工业现场中,温 度场大 多是动 态变化 的,但传感器 的位置 不能变 化,导致
温度场的描述具有一定的局限性。为寻找一组可以描述温度场分布特征的传感
器位置,建立 UDD 温度场模型,利用 CFD 进行求解,得到干燥效果最佳时的期望
温度分布。本文提出了一种用于确定传感器位置和数量的目标函数,采用遗传
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