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高品質鋼的冶煉典型流程為“轉爐→精煉→中間包→結晶器”，冶金反應器內存在著合金-鋼、鋼-渣、鋼-夾雜物、鋼-耐材、渣-耐材、鋼-空氣、鋼液凝固和元素偏析等反應和過程，各個化學反應“耦合”發生、互相影響。因此，有必要建立智能模型有效地預測不同反應器內夾雜物成分的變化，準確地在線了解精煉和連鑄過程的工作狀況，使生產全流程始終處于最佳工作狀態，從而確保夾雜物的精準控制，最終提高鋼產品質量的穩定性和可靠性。同時，通過模型的優化計算，可以根據不同鋼種的性能需求，對鋼種的生產工藝進行定制化設計。 （1）高品質鋼爐精煉過程夾雜物預測研究： − 精煉過程宏觀流動數學模擬：計算精煉過程鋼液和精煉渣的流場和溫度場、夾雜物的運動，同時計算吹氬強度、鋼包尺寸等因素對鋼包流場、夾雜物運動和去除的影響。− 精煉過程夾雜物成分動力學：研究吹氬強度、鋼包尺寸等因素對多元反應速率的影響；耦合計算 LF 爐內“渣-鋼-夾雜物-合金-耐材-空氣”多元反應過程夾雜物成分變化。 − LF 爐內夾雜物尺寸動力學：建立夾雜物生成、長大和去除的尺寸變化多尺度模型，確定不同條件下夾雜物的尺寸變化行為，預測鋼中夾雜物的數量變化和尺寸分布規律。 − LF 爐內夾雜物預測模型：將夾雜物成分和尺寸動力學計算和宏觀流動模擬相耦合，建立 LF 爐精煉過程夾雜物成分、數量和尺寸預測模型。 （2）高品質鋼中間包連鑄過程夾雜物預測研究 − 中間包內宏觀流動數學模擬研究：計算中間包內鋼液和覆蓋劑渣相的流場和溫度場、夾雜物運動和去除。計算開澆和換包的非穩態澆注、中間包結構對中間包澆鑄過程的影響。 − 中間包內夾雜物動力學研究：耦合計算中間包中“渣-鋼-夾雜物-耐材-空氣”多元反應中夾雜物成分變化，確定中間包內各位置的反應速率。 − 中間包內夾雜物預測模型的建立將渣-鋼-夾雜物-耐材-空氣反應和宏觀流動模擬相耦合，建立中間包過程多元反應夾雜物成分、數量和尺寸預測模型。 （2）高品質鋼結晶器凝固過程夾雜物預測研究 − 結晶器內鋼液凝固冷卻過程中夾雜物行為研究：通過實驗室實驗研究鋼液凝固和冷卻過程中溫度變化對原有夾雜物與鋼基體的反應的影響，以及不同成分的鋼液在冷卻和凝固過程中夾雜物新相析出，確定溫度變化對夾雜物影響機理。 − 結晶器內宏觀凝固和流動數學模擬研究：研究結晶器過程鋼液、渣相的運動，使用融化模型研究結晶器過程凝固坯殼的凝固和形成，計算夾雜物在鋼-渣界面的去除行為。 − 結晶器內鋼液凝固過程夾雜物動力學研究：計算鑄坯凝固過程鋼液成分偏析，與保護渣-鋼-夾雜物反應進行耦合計算，預測鑄坯中夾雜物的成分。計算夾雜物被凝固前沿捕捉行為，預測鑄坯中夾雜物的數量和尺寸分布。 − 結晶器內鋼液凝固夾雜物預測模型的建立：通過將元素偏析、保護渣-鋼-夾雜物反應和宏觀流動數學模擬相耦合，建立結晶器凝固過程多元反應預測模型，實現鑄坯中夾雜物成分、數量和尺寸空間分布的精準預測。 （4）高品質鋼制造過程夾雜物智能預測模型在工業生產中的應用 − 模型的驗證和優化：高品質鋼制造進行全流程取樣調研，對建立 LF 爐、中間包和結晶器內夾雜物反應模型進行驗證和優化。 − 模型應用：將建立的高品質 LF 爐、中間包

汽車工業是衡量一個國家經濟發展水平的重要標志，汽車齒輪是汽車上重要的傳動零件，齒輪質量的高低決定著汽車性能的好壞。通常，高質量的齒輪鋼應具有四個方面的質量指標，即窄的末端淬透性寬、潔凈度高、細小均勻的晶粒度和優良的表面質量。齒輪鋼的潔凈度對于齒輪鋼產品性能具有重要影響，其中大顆粒的脆性點狀不變形夾雜、呈串狀分布的 Al 2 O 3 對齒輪鋼的疲勞壽命最有害。而為了細化晶粒，通常需要在齒輪鋼中保持一定的酸溶鋁含量（0.010%-0.040%）。因此，必須解決如何在保持一定酸溶鋁含量的情況下盡量減少鋼中的 Al 2 O 3 夾雜物含量的難題。 （1）齒輪鋼精準鈣處理改性夾雜物模型。為控制齒輪鋼中的串狀脆性點狀不變形 Al 2 O 3 夾雜物，同時進一步改善齒輪鋼的水口結瘤，需要對于齒輪鋼中的Al 2 O 3 夾雜進行改性處理。通過改性處理的方法將鋼中的 Al 2 O 3 夾雜物改性為低熔點的液態夾雜物，增強其軋制過程的變形能力以減少大顆粒脆性串狀不變形夾雜對齒輪鋼疲勞壽命的影響，也可改善水口結瘤現象。但必須要關注的是，喂鈣量對于夾雜物的改性效果具有重要的影響，喂鈣量過低無法將鋼液中高熔點的Al 2 O 3 及 Al 2 O 3 ·MgO 完全改性，而喂鈣量過高則導致生成更高熔點的 CaS 及 CaO生成，從而惡化齒輪鋼產品質量。同時鋼液成分對于鈣處理具有較大影響，而目前大多數企業還僅通過鈣鋁比指導現場的喂鈣操作。本項目基于不同喂鈣速度、鈣線插入深度的統計，得到最優喂鈣速度和鈣線插入深度下穩定的鈣收得率，并結合喂鈣操作過程中導致的鋼液增氧以及喂鈣后至中間包澆注鈣損，對超潔凈齒輪鋼不同鋼液成分條件下鈣處理進行熱力學計算，確定了超潔凈齒輪鋼的不同成分條件下最優的喂鈣線量，并結合精準鈣處理軟件，實現超潔凈齒輪鋼在線精準鈣處理，通過理論計算并結合現場鈣收得率，進一步優化現場的喂鈣操作。 （2）電磁攪拌對超潔凈齒輪鋼鑄坯中夾雜物的影響研究。電磁攪拌使鋼液在交變電磁場中產生電流，通過電磁力來控制鋼液的流動、傳熱及凝固過程。目前國內普遍認為電磁攪拌可以提升鑄坯的表面質量、提高鋼的潔凈度、擴大鑄坯的等軸晶區、降低元素中心偏析，同時減輕或消除中心疏松和中心縮孔等作用。但也有報道隨著結晶器電磁攪拌強度的增加，鑄坯表層附近的負偏析更加嚴重，同時加劇枝晶轉變區域的正偏析，惡化鑄坯的均質性。為進一步明晰結晶器電磁攪拌對于超潔凈齒輪鋼夾雜物的影響，本項目通過對于有結晶器電磁攪拌和無結晶器電磁攪拌兩種工況下，鑄坯全斷面夾雜物掃描，研究不同電磁攪拌條件對齒輪鋼鑄坯中夾雜物的影響，結合鑄坯宏觀偏析、微觀組織等結果，優化結晶器電磁攪拌參數，從而提高齒輪鋼的產品質量。

含硫齒輪鋼中 S 含量通常為 0.015-0.02%，同時為了保證鋼水可澆性，生產過程中采用鈣處理。目前是先喂 Ca 線，軟吹后再喂入 S 線，由于 CaS 的生成，導致 Ca 和 S 的損耗大，收得率不穩定。由以上可知，目前制約含硫齒輪鋼生產過程中的主要因素之一是鋼中非金屬夾雜物，因此，很有必要對含硫齒輪鋼生產過程中潔凈度進行控制與提升。 （1）高硫齒輪鋼中硫化物控制技術。開展硫化物生成熱力學計算，確定不同鋼液成分對鋼中硫化物析出種類及析出溫度的影響；進行硫化物析出及長大的相關動力學計算，確定硫化物析出尺寸及析出量隨溫度、反應物濃度的變化。同時研究了氧化物和硫化物的聯合控制研究，研究總氧含量對硫化物夾雜含量及形貌的影響，研究不同類型氧化物與鋼中析出的硫化物的大小、數量和分布的關系，確定有利于鋼中 MnS 彌散分布的氧化物夾雜種類，實現高硫齒輪鋼鋼中氧化物和硫化物的聯合控制，降低 A 類夾雜物評級。 （2）高硫齒輪鋼精準鈣處理改性夾雜物模型。高硫齒輪鋼生產時采用 Al脫氧使得鋼中生成大量的以 Al 2 O 3 為主的高熔點夾雜物，為了避免澆注過程水口結瘤以及減小高熔點 Al 2 O 3 夾雜物在后續軋制過程中對鋼材質量的危害，生產過程中需要進行鈣處理將鋼中的高熔點夾雜物改性為低熔點的液態夾雜物。然而，鈣的加入量存在一個合適的范圍，過多的鈣加入形成的大量的 CaS 同樣會導致水口結瘤。本項目基于吉布斯自由能最小的原理，對“高硫齒輪鋼-夾雜物”進行熱力學平衡計算，并根據“高硫齒輪鋼-夾雜物”反應平衡相圖，得到“液態窗口”的加鈣范圍，實現了高硫齒輪鋼生成過程中的精準鈣處理控制。

隨著我國國民經濟的不斷發展，對不銹鋼表面質量提出了更高的要求。超潔凈不銹鋼被廣泛地應用于高端電子產品 Logo、高端裝飾行業、以及核電行業等對表面質量嚴格要求的領域。高等級光亮表面不銹鋼板對成品表面質量幾乎是零表面缺陷要求，此類鋼產品時煉鋼冶煉難度極高，主要是由于其鋼中非金屬夾雜物控制存在以下三個難題： （1）高熔點的夾雜物造成了冷軋板產品線鱗缺陷； （2）冷軋板表面拋光后不變形夾雜物引起的麻點類缺陷；（3）氮化鈦夾雜物引起的冷軋板達到米級別的長條紋缺陷。此前，我國超潔凈不銹鋼產品完全依賴于國外進口。因此，開發超潔凈不銹鋼冶煉關鍵技術為打破此領域國外產品及技術壟斷、實現國內自主生產做出了卓越貢獻。 （1）不銹鋼冶煉脫氧及原輔料成分設計技術。對于不銹鋼冶煉原材料的控制方面，國內企業生產時更傾向于買價格低廉的鐵合金等原材料，從而降低生產成本，但是對于鐵合金及鐵合金對不銹鋼冶煉的影響研究幾乎為空白。國外學者對于鐵合金做過一些研究，但主要是集中于鐵合金潔凈度對碳鋼的影響，關于鐵合金對奧氏體不銹鋼夾雜物的研究很少。同時，國外學者研究鐵合金的種類主要集中在鋁含量上，然而對鐵合金中鈣含量對不銹鋼的影響卻未見報道。本項目首先提出了使用低鋁無鈣鐵合金，降低鋼中的酸溶鋁含量，同時降低鋼中 Al2O3含量，從而提升夾雜物變形能力，但此類鐵合金成本較高。在此基礎上又提出了使用高鋁高鈣鐵合金，此類鐵合金只是在冶煉傳統高鋁無鈣鐵合金添加小部分的鈣，成本增加極低，但是由于鈣的添加，可以在最初夾雜物生成之時就顯著提升夾雜物中的 CaO 含量，從而顯著提升夾雜物變形能力。 （2）超潔凈不銹鋼精煉渣成分設計技術. 傳統的鋁脫氧不銹鋼都是通過高堿度精煉渣提升鋼材的潔凈度，減少鋼中夾雜物數量。但是本項目發現即使把鋼中總氧降低到 10 ppm 以下也不能解決其高 Al 2 O 3 含量的夾雜物造成的線鱗缺陷。因此通過對硅脫氧不銹鋼中精煉渣堿度由原來的 2.3 降低到了現在的 1.6，雖然夾雜物的總數量沒有降低，但是成功的把鋼中的夾雜物控制在低熔點區，顯著地提升了夾雜物的變性能力，有效地改善了高表面質量奧氏體不銹鋼產品的線鱗缺陷和表面拋光缺陷。此外，本項目對調整精煉渣成分的研究非常全面，國內學者研究的爐渣堿度對鋼中夾雜物的影響，其中只研究堿度為 1.0 和 1.5 的個別情況，這樣很難確定出最優精煉渣成分；本項目研究應用 FactSage 熱力學計算軟件建立了渣-鋼-夾雜物平衡反應熱力學模型，通過模型研究了不同精煉渣成分對鋼液成分、脫硫、夾雜物成分、夾雜物熔點、耐火材料侵蝕等的影響。通過對 400 種不同精煉渣系進行設計優化，確定精煉渣成分；同時，在實驗研究方面，本項目從堿度 1.0-2.3，連續考慮了 9 中不同的堿度對不銹鋼中夾雜物的影響，此外還研究了4種不同渣中MgO含量和4種不同渣中Al 2 O 3 含量對不銹鋼中夾雜物的影響，從而更系統準確地確定了有利于超潔凈不銹鋼夾雜物控制的最優精煉渣成分。 （3）不銹鋼精準鈣處理改性夾雜物模型。通過可用改性處理的方法將鋼中的夾雜物改性為低熔點的液態夾雜物，增強其軋制過程的變形能力以減小其對鋼材質量的危害，也可避免水口堵塞現象。然而，鈣處理喂鈣線量的多少對鋼中夾雜物的變性效果影響很大。但是大多數鋼鐵企業只是知道需要鈣處理，對于鈣處理時最優喂鈣線量并沒有太多理論研究，因此，在實際生產過程中經常出現鈣處理效果不好、甚至鈣處理后產品質量更差的現象。本項目通過對超潔凈不銹鋼不同鋼液成分條件下鈣處理進行的計算，確定了超潔凈不銹鋼的不同成分條件下最優的喂鈣線量，可實現在線對不銹鋼中夾雜物的精確鈣處理改性控制，與國外同類型模型相比，實現了了不銹鋼生產過程在線應用，考慮的反應物和產物更全面，計算結果更直觀。

本發明公開了基于迭代學習的多機械臂變批次協同阻抗控制方法，包括以下步驟：步驟1，構建多機械臂動力學模型，并根據機械臂的性質和假設將多機械臂變批次協同阻抗控制問題描述為期望軌跡、期望相對配置和交互力之間的動態關系，得到目標阻抗模型；步驟2，基于所述目標阻抗模型得到多機械臂變批次協同阻抗控制目標；步驟3，針對所述阻抗控制目標設計分布式的迭代學習阻抗控制律，使每個機械臂僅通過鄰域的阻抗信息來獲得期望的阻抗。本發明使得每個機械臂能夠通過與鄰居的交互來調整阻抗參數，從而在不確定的動態環境中實現更好的協作和性能提升。

煤礦提升機箕斗卸煤不凈的原因有:水煤、黏矸造成箕斗內滯卸載不完全；冬季嚴寒天氣，箕斗內的水媒凍結造成滯煤，當箕斗定量裝載在箕斗滯煤情況下再次裝載后，其實際載荷超過額定負荷，遠超過電機額定能力，會造成無法正常提升，若不及時排除，則易造成提升安全事故的發生。本成果設計了測量余煤卸載情況的監測系統，該系統將利用無線張力檢測裝置，實時檢測提升機鋼絲繩的張力，并通過無線發送裝置發送到地面，之后，通過標度變換并計算出鋼絲繩張力和載重量最終顯示在液晶顯示器上，當過有余煤未卸盡時，則報警，提醒及時清理箕斗余煤。該成果的發明，極大提高了礦井提升機的安全提升水平，促進了煤礦的安全高效生產。 該成果針對提升機提升過程中的過載情況進行研究，設計了基于無線通信的裝卸載安全 提升智能監測與控制裝置。主要技術性能指標如下： 1、能夠實時測量鋼絲繩張力，鋼絲繩直徑 22～36mm； 2、該系統能夠測量裝載重量為 0～20 噸。 3、系統采用無線數據傳系統，工作頻率為 2.4G，傳輸距離 200～2000m； 4、系統采用蓄電池供電，供電電壓 12V，功率 0.7W。 5、能實時監測鋼絲繩張力，并實時顯示裝載重量。

本發明公開了一種定子永磁型記憶電機大轉矩輸出控制方法，在不同的速度區間均使電機輸出大轉矩。該方法在低速區采用額定相電流和鋁鎳鈷永磁飽和磁化狀態下的永磁磁鏈作為大轉矩輸出條件產生大轉矩輸出。而在高速區根據鋁鎳鈷永磁磁化狀態的可調特性，采用類似于低速區的大轉矩輸出條件獲得電機的大轉矩輸出，降低了電機參數對控制精度的影響，提升了系統控制的魯棒性。

1.項目背景 化學反應器與精餾裝置是石化生產過程中使用最為廣泛的設備，也是最主要的耗能單元，反應器與精餾塔運行的好壞直接關系到石油化工企業的經濟效益。反應與分離強化過程通常由多個單元耦合聯接而成，其不僅涉及反應與分離能力的協同機制、多單元組合與系統整體運行效能的關系，而且強化過程具有強非線性、大滯后和多變量耦合特性，以及經濟、環境與安全等不確定性因素的干擾，都對強化過程的平穩操作、協同調控與分級優化帶來諸多的挑戰。 采用反應與精餾強化技術，通過傳質與傳熱的強化、物質流與能量流相互耦合，使強化過程具有大幅度提高反應轉化率或選擇性，降低生產能耗和污染物排放等優越性。然而這種集成優勢只有在反應能力與分離能力動態協同作用條件下才能被充分發揮，而且強化過程具有多穩態、強非線性和多變量強耦合特性，這些都對強化過程的自動控制與優化理論提出了新的挑戰。 采用傳統控制模式，當系統受到干擾時，很容易引起反應與分離能力動態失調和工況發生大范圍波動與偏移，造成產品質量不合格和能耗增加等控制難題。因此，在傳統控制模式的基礎上，探索反應與精餾強化過程的動態協同調控方法與動態優化理論，對解決集成裝置的平穩操作與自動控制難題，切實提高系統運行品質，有效降低裝置生產能耗和污染物排放方面具有重要意義 2.項目技術原理 南京工業大學綠色化工研究所，經過多年研究發明了不同工況反應與蒸餾集成技術，可根據不同體系的特殊要求，實現不同工況反應與精餾的最佳匹配，解決了反應與蒸餾操作條件必須一致等問題。本項目在對強化過程機理模型、經濟穩態優化和動態特性分析的前期研究基礎上，研究反應能力與精餾能力的動態協同調控新方法和強化過程的分級優化理論，提出反應與精餾強化過程一體化設計思想，對傳統多單元生產過程具有很好的借鑒作用。項目針對反應與精餾過程自動控制系統設計與性能優化調節方面主要開展以下技術： （1）反應與精餾強化過程多變量自動控制方案的設計與性能分析 在對反應與精餾過程機理建模、經濟穩態優化設計和動態特性分析基礎上，采用穩態增益矩陣和奇異值分析方法，合理選擇過程被控變量和操作變量配對模式，運用傳統控制策略設計反應精餾強化過程多變量自動控制方案，采用ASPEN PLUS流程模擬軟件和ASPEN DYNAMIC模塊進行控制方案的動態模擬測試，并根據實際工藝擾動情況，通過在動態流程模擬系統上分別加入不同幅度和方向的多種擾動和改變系統設定值，評價傳統控制模式閉環系統性能，在此基礎上，改進自動控制方案設計，確保設計的自動控制方案在實際應用中能夠維持平穩有效運行。 （2）生產負荷自動調節和優化技術原理 反應與精餾過程的生產負荷經常隨著市場需求的變化進行調整，負荷的變化將可能引起系統工況的波動，產品質量下降，能耗增加等問題，甚至造成系統不穩定而被迫停機。本項目采用設定值多步長滾動優化、偏差區域容忍動態矩陣控制與傳統控制相融合方法，實現反應與分離能力動態協同調控；本項目在多變量基礎控制系統上，在關鍵控制回路增加設定值智能調節模塊和多變量協調預測控制模塊，分別采用設定值多步長滾動優化、偏差區域容忍動態矩陣控制（Error tolerant DMC）與傳統控制相融合方法，實現反應能力與分離能力動態協同調控，使系統獲得了良好的跟蹤性能和魯棒性。解決傳統控制模式下擾動引起反應與分離動態失調，導致產品質量不合格、能耗和污染物排放增加等控制問題。在多變量協調預測控制模塊設計中，對于反應器出口成分和產品質量等不可在線測量的關鍵變量，采用機理模型和經驗模型建立產品成分軟測量模型，實現對產品成分、反應轉化率等不可測被控變量的在線估計。 （3）反應與精餾強化過程的系統性能優化技術 在經濟穩態優化設計前期研究基礎上，開展多目標多約束動態優化與多變量跟蹤控制相結合的分級優化理論研究。在上層多目標多約束的動態優化設計中，是以能耗和操作成本最小為優化目標，以質量、尾氣/廢液排放和過程動態模型等為約束條件，采用多目標優化算法對強化過程的關鍵操作參數進行動態優化計算，給出工況最優調節方案。根據多目標動態優化給出的關鍵參數設定值最優調節方案，采用設定值多步長滾動優化給出多變量預測控制的參考軌跡，通過多變量協調預測控制和基礎控制回路的跟蹤調節，使系統輸出快速跟蹤設定值的最佳操作值，實現工況優化與平滑調節，確保系統維持高品質運行特性，從源頭降低工況大范圍波動和事故發生的概率。 3.關鍵技術路線 項目針對反應與精餾過程，融合了化學工程理論、自動控制理論、智能學習算法與計算機模擬技術，采取理論研究、模擬實驗和工業應用相結合的技術路線，如下圖所示。項目分別開展反應精餾過程的多變量基礎控制系統設計、反應與分離能力動態協同調控新方法、強化過程分級優化理論研究，并將項目成果融合，開展不同工況反應與精餾強化過程的一體化工程設計，研制一套流程模擬綜合實驗平臺，進行模擬驗證和工程應用研究。 4.項目技術特色和創新性 （1）針對反應與精餾強化過程，在傳統控制模式下擾動引起反應與分離動態失調和工況偏移，導致集成優勢難以充分發揮工程問題，項目提出將設定值多步長滾動優化、偏差區域容忍動態矩陣控制、多目標多約束動態優化與傳統基礎控制相融合的動態協同調控新方法與分級優化理論，在反應與分離動態協同作用下實現工況的優化與平滑調節，確保系統維持高品質運行特性。 （2）項目沿著學科交叉與融合方向，將化學工程理論、自動控制理論、智能學習算法與計算機模擬技術相結合，提出不同工況反應與精餾強化過程流程模擬、控制系統設計與集成優化理論相結合的一體化工程設計思想，并在常壓反應與減壓精餾集成的甲苯氯化反應精餾工業裝置上進行工程應用研究，解決裝置自動控制與平穩操作等實際控制問題，發揮強化過程高轉化率/高選擇性、低能耗的集成優勢。

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