本發(fā)明涉及熱處理工業(yè)爐溫度場(chǎng)均勻性控制，具體為一種核電設(shè)備用鋼熱處理過程中的溫度均勻性控制方法。
背景技術(shù)：
1、核電設(shè)備用鋼在回火、消除應(yīng)力等熱處理工序中，對(duì)爐溫均勻性、溫度偏差上限及可追溯性具有嚴(yán)格要求。回火爐爐膛體積大、裝爐方式多變，工件形狀復(fù)雜且熱容量差異顯著，易形成明顯熱點(diǎn)與冷區(qū)；同時(shí)爐壁散熱、循環(huán)風(fēng)場(chǎng)不均、加熱元件老化等因素疊加，使得不同位置溫度響應(yīng)存在差異，導(dǎo)致同一爐次內(nèi)各區(qū)域溫度偏離目標(biāo)溫度的情況頻繁出現(xiàn)。若溫度場(chǎng)長(zhǎng)期不均，將造成材料組織性能波動(dòng)，影響核電裝備關(guān)鍵承壓部件的一致性與可靠性。
2、現(xiàn)有技術(shù)中，常見方式是在爐膛內(nèi)布置若干測(cè)溫點(diǎn)，對(duì)爐溫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過分區(qū)加熱或總功率調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)溫度控制。部分爐型采用多區(qū)加熱結(jié)構(gòu)，通過經(jīng)驗(yàn)設(shè)定各區(qū)功率或依據(jù)局部溫差進(jìn)行規(guī)則調(diào)整；也有方案將各區(qū)溫度與目標(biāo)溫度比較，按比例增減相應(yīng)區(qū)功率，以期減小偏差。然而上述方法通常依賴人工經(jīng)驗(yàn)或簡(jiǎn)單規(guī)則，難以刻畫某一區(qū)功率變化對(duì)多個(gè)子區(qū)溫度同時(shí)產(chǎn)生影響的耦合關(guān)系；在熱點(diǎn)與冷區(qū)并存時(shí)，局部調(diào)節(jié)可能引起其他區(qū)域偏差擴(kuò)大，導(dǎo)致調(diào)整過程反復(fù)、收斂慢，且在不同裝爐條件下參數(shù)遷移性較差。此外，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)加熱單元與子區(qū)之間的響應(yīng)映射往往缺少可量化構(gòu)建步驟，難以形成可復(fù)現(xiàn)的響應(yīng)矩陣或等效關(guān)系；測(cè)量噪聲、擾動(dòng)與偶發(fā)工況可能引起溫升記錄出現(xiàn)反常符號(hào)或異常幅值，進(jìn)而使計(jì)算結(jié)果不穩(wěn)定；當(dāng)分區(qū)數(shù)增加時(shí)，解算過程可能出現(xiàn)不可逆或不唯一情形，導(dǎo)致功率分配缺乏確定輸出。另一方面，爐體額定功率上限、功率非負(fù)約束及能量投放記錄在部分方案中未形成明確的計(jì)算與邊界處理表達(dá)，影響工藝文件的可追溯性與一致性。與此同時(shí)，保溫結(jié)束時(shí)刻的達(dá)標(biāo)判定常以單點(diǎn)溫差或人工判斷為主，缺少與全爐分布統(tǒng)計(jì)量一致的判據(jù)定義，容易產(chǎn)生邊界時(shí)刻對(duì)應(yīng)關(guān)系不清的問題。
3、為此，本案旨在提出一種核電設(shè)備用鋼熱處理過程中的溫度均勻性控制方法，首先將爐膛沿長(zhǎng)度方向劃分為多個(gè)熱控子區(qū)，并在每個(gè)子區(qū)布置溫度傳感器和獨(dú)立控制的加熱單元，通過恒功率加熱試驗(yàn)辨識(shí)出加熱功率對(duì)各子區(qū)溫度變化的影響關(guān)系，形成熱響應(yīng)系數(shù)矩陣；在實(shí)際控制過程中，以工藝目標(biāo)溫度為基準(zhǔn)構(gòu)造溫度偏差數(shù)據(jù)，利用熱響應(yīng)系數(shù)矩陣預(yù)測(cè)溫度變化，構(gòu)建溫度偏差的最小二乘目標(biāo)函數(shù)，解析求解出各加熱單元的理論最優(yōu)功率輸入，再結(jié)合加熱設(shè)備的功率上下限約束生成可執(zhí)行的實(shí)際控制功率，同時(shí)按控制周期滾動(dòng)采集溫度與偏差并計(jì)算溫度均勻性指標(biāo)；在保溫結(jié)束時(shí)刻，依據(jù)工藝規(guī)范給出的允許溫度偏差，將最大溫度偏差與溫度均勻性指標(biāo)共同與控制上限比較，最終輸出溫度均勻性是否達(dá)標(biāo)的標(biāo)識(shí)量，實(shí)現(xiàn)從爐溫空間場(chǎng)建模、控制量?jī)?yōu)化到質(zhì)量判定的全流程一體化。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種核電設(shè)備用鋼熱處理過程中的溫度均勻性控制方法，促進(jìn)解決了上述背景技術(shù)中所提到的問題。
2、本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種核電設(shè)備用鋼熱處理過程中的溫度均勻性控制方法，包括：
3、劃分回火爐熱控子區(qū)并在各熱控子區(qū)設(shè)置溫度傳感器，設(shè)定熱處理工藝目標(biāo)溫度并采集各熱控子區(qū)溫度；
4、為各熱控子區(qū)配置對(duì)應(yīng)獨(dú)立加熱單元，通過恒功率加熱標(biāo)定試驗(yàn)建立熱響應(yīng)系數(shù)矩陣；
5、依據(jù)熱處理工藝目標(biāo)溫度給出各熱控子區(qū)目標(biāo)溫度，計(jì)算各熱控子區(qū)溫度偏差并設(shè)置各加熱單元理論功率輸入變量；
6、利用熱響應(yīng)系數(shù)矩陣和理論功率輸入變量預(yù)測(cè)各熱控子區(qū)在控制周期內(nèi)溫度變化，并構(gòu)建溫度偏差目標(biāo)函數(shù)；
7、按照最小二乘原理將溫度偏差目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性正規(guī)方程組并求解各加熱單元理論最優(yōu)功率輸入；
8、設(shè)定控制周期時(shí)間長(zhǎng)度，將各加熱單元理論最優(yōu)功率輸入按零和額定最大可用功率限幅生成實(shí)際控制功率指令，并結(jié)合控制周期時(shí)間長(zhǎng)度計(jì)算各加熱單元能量投放；
9、在每個(gè)控制周期起始采樣時(shí)刻采集各熱控子區(qū)溫度并計(jì)算溫度偏差，將上一控制周期實(shí)際控制功率指令數(shù)據(jù)與本控制周期溫度和溫度偏差存儲(chǔ)，并計(jì)算溫度均勻性指標(biāo)；
10、依據(jù)熱處理工藝規(guī)范設(shè)置允許溫度偏差和溫度均勻性控制上限，在保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期內(nèi)獲取最大溫度偏差和對(duì)應(yīng)溫度均勻性指標(biāo)，根據(jù)最大溫度偏差和溫度均勻性指標(biāo)相對(duì)于允許溫度偏差和溫度均勻性控制上限的比較結(jié)果輸出表示溫度均勻性是否達(dá)標(biāo)的標(biāo)識(shí)量。
11、可選的，所述劃分回火爐熱控子區(qū)并在各熱控子區(qū)設(shè)置溫度傳感器，設(shè)定熱處理工藝目標(biāo)溫度并采集各熱控子區(qū)溫度，具體包括：
12、將回火爐爐膛的加熱區(qū)域沿長(zhǎng)度方向均勻劃分為多個(gè)熱控子區(qū)，熱控子區(qū)總數(shù)不小于四個(gè)，并為每個(gè)熱控子區(qū)分配唯一的熱控子區(qū)編號(hào)；
13、在每個(gè)熱控子區(qū)的幾何中心位置設(shè)置一枚溫度傳感器，為每個(gè)溫度傳感器分配唯一的傳感器編號(hào)，并使溫度傳感器編號(hào)與對(duì)應(yīng)熱控子區(qū)編號(hào)一一對(duì)應(yīng)；
14、在系統(tǒng)開始加熱前，通過工藝設(shè)定獲取核電設(shè)備用鋼的熱處理工藝目標(biāo)溫度，并將熱處理工藝目標(biāo)溫度作為所有熱控子區(qū)的統(tǒng)一目標(biāo)溫度；
15、在每個(gè)控制周期的起始采樣時(shí)刻，調(diào)用全部溫度傳感器采集各自所在熱控子區(qū)的實(shí)際溫度，將采集到的溫度按熱控子區(qū)編號(hào)順序組合形成當(dāng)前控制周期的溫度數(shù)據(jù)，為當(dāng)前控制周期溫度數(shù)據(jù)分配控制周期編號(hào)，并將控制周期編號(hào)與對(duì)應(yīng)的熱控子區(qū)編號(hào)關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。
16、可選的，所述為各熱控子區(qū)配置對(duì)應(yīng)獨(dú)立加熱單元，通過恒功率加熱標(biāo)定試驗(yàn)建立熱響應(yīng)系數(shù)矩陣，具體包括：
17、在爐膛內(nèi)沿?zé)峥刈訁^(qū)布置多個(gè)獨(dú)立控制的加熱單元，使每個(gè)加熱單元安裝在對(duì)應(yīng)熱控子區(qū)的幾何中心位置，并為每個(gè)加熱單元分配唯一的加熱單元編號(hào)，使加熱單元編號(hào)與對(duì)應(yīng)熱控子區(qū)編號(hào)建立對(duì)應(yīng)關(guān)系；
18、在每個(gè)控制周期內(nèi)，為每個(gè)加熱單元設(shè)置理論功率輸入變量，將理論功率輸入變量作為后續(xù)最小二乘優(yōu)化計(jì)算中的待求功率輸入?yún)?shù)；
19、針對(duì)每個(gè)加熱單元依次執(zhí)行恒功率加熱標(biāo)定試驗(yàn)，在恒功率加熱標(biāo)定試驗(yàn)過程中僅啟動(dòng)當(dāng)前加熱單元工作，將當(dāng)前加熱單元輸出功率設(shè)置為固定的正值試驗(yàn)功率，并保持統(tǒng)一的試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)度；
20、在每次恒功率加熱標(biāo)定試驗(yàn)開始時(shí)刻記錄所有熱控子區(qū)的初始溫度，在恒功率加熱標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)束時(shí)刻再次記錄所有熱控子區(qū)的結(jié)束溫度，通過結(jié)束溫度減去初始溫度，獲取由當(dāng)前加熱單元引起的各熱控子區(qū)溫度增量；
21、針對(duì)每個(gè)熱控子區(qū)與每個(gè)加熱單元的組合，當(dāng)對(duì)應(yīng)溫度增量不小于零時(shí)，通過將每個(gè)熱控子區(qū)溫度增量除以試驗(yàn)功率計(jì)算對(duì)應(yīng)的熱響應(yīng)系數(shù)，當(dāng)溫度增量為負(fù)值時(shí)，將對(duì)應(yīng)熱響應(yīng)系數(shù)取值設(shè)為零；
22、按照熱控子區(qū)編號(hào)與加熱單元編號(hào)的順序，將所有熱響應(yīng)系數(shù)排列成矩陣形式，得到表征各加熱單元功率輸入對(duì)各熱控子區(qū)溫度變化影響關(guān)系的熱響應(yīng)系數(shù)矩陣。
23、可選的，所述依據(jù)熱處理工藝目標(biāo)溫度給出各熱控子區(qū)目標(biāo)溫度，計(jì)算各熱控子區(qū)溫度偏差并設(shè)置各加熱單元理論功率輸入變量，具體包括：
24、依據(jù)熱處理工藝目標(biāo)溫度，將熱處理工藝目標(biāo)溫度復(fù)制并分配給所有熱控子區(qū)，形成包含所有熱控子區(qū)目標(biāo)溫度的目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)；
25、在每個(gè)控制周期的起始采樣時(shí)刻，將各熱控子區(qū)的實(shí)際溫度減去對(duì)應(yīng)的目標(biāo)溫度，獲取各熱控子區(qū)的溫度偏差，并按照熱控子區(qū)編號(hào)順序組合形成當(dāng)前控制周期的溫度偏差數(shù)據(jù)；
26、在每個(gè)控制周期內(nèi)，將各加熱單元的理論功率輸入變量按照加熱單元編號(hào)順序組合，形成當(dāng)前控制周期的理論功率輸入數(shù)據(jù)。
27、可選的，所述利用熱響應(yīng)系數(shù)矩陣和理論功率輸入變量預(yù)測(cè)各熱控子區(qū)在控制周期內(nèi)溫度變化，并構(gòu)建溫度偏差目標(biāo)函數(shù)，具體包括：
28、在每個(gè)控制周期內(nèi)，將熱響應(yīng)系數(shù)矩陣與當(dāng)前控制周期的理論功率輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行矩陣運(yùn)算，獲取當(dāng)前控制周期各熱控子區(qū)的溫度變化預(yù)測(cè)值，并形成溫度變化預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；
29、將溫度變化預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中各熱控子區(qū)的溫度變化預(yù)測(cè)值與對(duì)應(yīng)的溫度偏差相加，獲取各熱控子區(qū)的預(yù)測(cè)最終溫度偏差；
30、以各熱控子區(qū)預(yù)測(cè)最終溫度偏差的平方和作為評(píng)價(jià)量，構(gòu)建以理論功率輸入變量為自變量的最小二乘溫度偏差目標(biāo)函數(shù)。
31、可選的，所述按照最小二乘原理將溫度偏差目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性正規(guī)方程組并求解各加熱單元理論最優(yōu)功率輸入，具體包括：
32、對(duì)最小二乘溫度偏差目標(biāo)函數(shù)關(guān)于理論功率輸入變量進(jìn)行求導(dǎo)，在將導(dǎo)數(shù)結(jié)果取零的條件下展開表達(dá)式，構(gòu)建以理論功率輸入變量為未知量的線性正規(guī)方程組，線性正規(guī)方程組的系數(shù)矩陣由熱響應(yīng)系數(shù)矩陣與熱響應(yīng)系數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣相乘得到，常數(shù)項(xiàng)由溫度偏差數(shù)據(jù)與熱響應(yīng)系數(shù)矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣相乘得到；
33、當(dāng)依據(jù)系數(shù)矩陣的秩判斷系數(shù)矩陣為可逆矩陣時(shí)，對(duì)系數(shù)矩陣執(zhí)行求逆運(yùn)算，并將所得逆矩陣與常數(shù)項(xiàng)向量進(jìn)行矩陣乘法運(yùn)算，獲取滿足最小二乘意義的理論最優(yōu)功率輸入數(shù)據(jù)；
34、當(dāng)依據(jù)系數(shù)矩陣的秩判斷系數(shù)矩陣為不可逆矩陣時(shí)，將所有理論最優(yōu)功率輸入取值統(tǒng)一設(shè)定為零，形成當(dāng)前控制周期的理論最優(yōu)功率輸入數(shù)據(jù)。
35、可選的，所述設(shè)定控制周期時(shí)間長(zhǎng)度，將各加熱單元理論最優(yōu)功率輸入按零和額定最大可用功率限幅生成實(shí)際控制功率指令，并結(jié)合控制周期時(shí)間長(zhǎng)度計(jì)算各加熱單元能量投放，具體包括：
36、設(shè)定控制周期的時(shí)間長(zhǎng)度，使所有控制周期采用統(tǒng)一的時(shí)間長(zhǎng)度參數(shù)；
37、針對(duì)每個(gè)加熱單元，將理論最優(yōu)功率輸入與零比較，當(dāng)理論最優(yōu)功率輸入不大于零時(shí)，將每個(gè)加熱單元在當(dāng)前控制周期的實(shí)際控制功率設(shè)定為零，當(dāng)理論最優(yōu)功率輸入大于加熱單元的額定最大可用功率時(shí)，將實(shí)際控制功率設(shè)定為加熱單元的額定最大可用功率，當(dāng)理論最優(yōu)功率輸入介于零與額定最大可用功率之間時(shí)，將實(shí)際控制功率設(shè)定為理論最優(yōu)功率輸入；
38、在每個(gè)控制周期內(nèi)，將各加熱單元的實(shí)際控制功率按照加熱單元編號(hào)順序組合成實(shí)際控制功率指令數(shù)據(jù)，并在當(dāng)前控制周期下發(fā)至對(duì)應(yīng)加熱單元執(zhí)行；
39、針對(duì)每個(gè)加熱單元，將控制周期時(shí)間長(zhǎng)度與加熱單元在當(dāng)前控制周期的實(shí)際控制功率相乘，計(jì)算加熱單元在當(dāng)前控制周期內(nèi)投入爐膛的能量。
40、可選的，所述在每個(gè)控制周期起始采樣時(shí)刻采集各熱控子區(qū)溫度并計(jì)算溫度偏差，將上一控制周期實(shí)際控制功率指令數(shù)據(jù)與本控制周期溫度和溫度偏差存儲(chǔ)，并計(jì)算溫度均勻性指標(biāo)，具體包括：
41、在每個(gè)控制周期的起始采樣時(shí)刻，通過溫度傳感器采集所有熱控子區(qū)的當(dāng)前溫度值，并根據(jù)熱控子區(qū)編號(hào)順序形成當(dāng)前控制周期的溫度數(shù)據(jù)；
42、將當(dāng)前控制周期溫度數(shù)據(jù)中各熱控子區(qū)的溫度值分別減去對(duì)應(yīng)的目標(biāo)溫度，獲取各熱控子區(qū)的溫度偏差，并形成當(dāng)前控制周期的溫度偏差數(shù)據(jù)；
43、在當(dāng)前控制周期內(nèi)，將上一控制周期的實(shí)際控制功率指令數(shù)據(jù)與當(dāng)前控制周期的溫度數(shù)據(jù)、溫度偏差數(shù)據(jù)一并存檔，構(gòu)成包含控制周期編號(hào)、溫度數(shù)據(jù)、溫度偏差數(shù)據(jù)以及實(shí)際控制功率指令數(shù)據(jù)的歷史記錄；
44、在當(dāng)前控制周期的起始采樣時(shí)刻，將各熱控子區(qū)溫度與目標(biāo)溫度之間差值進(jìn)行平方，對(duì)所有熱控子區(qū)的平方差值求平均，計(jì)算得到當(dāng)前控制周期對(duì)應(yīng)的溫度均勻性指標(biāo)，并將當(dāng)前控制周期對(duì)應(yīng)的溫度均勻性指標(biāo)與對(duì)應(yīng)的溫度數(shù)據(jù)、溫度偏差數(shù)據(jù)以及實(shí)際控制功率指令數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)。
45、可選的，所述依據(jù)熱處理工藝規(guī)范設(shè)置允許溫度偏差和溫度均勻性控制上限，在保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期內(nèi)獲取最大溫度偏差和對(duì)應(yīng)溫度均勻性指標(biāo)，根據(jù)最大溫度偏差和溫度均勻性指標(biāo)相對(duì)于允許溫度偏差和溫度均勻性控制上限的比較結(jié)果輸出表示溫度均勻性是否達(dá)標(biāo)的標(biāo)識(shí)量，具體包括：
46、根據(jù)熱處理工藝規(guī)范，獲取保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬的控制周期編號(hào)以及針對(duì)熱處理工藝給出的允許溫度偏差，并在控制系統(tǒng)中記錄保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期編號(hào)和允許溫度偏差；
47、在保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期對(duì)應(yīng)的采樣時(shí)刻，從歷史記錄中調(diào)取保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期內(nèi)各熱控子區(qū)的溫度數(shù)據(jù)以及對(duì)應(yīng)的溫度均勻性指標(biāo)，將各熱控子區(qū)溫度與目標(biāo)溫度之間差值的絕對(duì)值進(jìn)行比較，從中選取最大值作為保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期的最大溫度偏差；
48、將允許溫度偏差進(jìn)行平方運(yùn)算，計(jì)算得到溫度均勻性控制上限，將最大溫度偏差與允許溫度偏差進(jìn)行比較，同時(shí)將保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期的溫度均勻性指標(biāo)與溫度均勻性控制上限進(jìn)行比較，當(dāng)最大溫度偏差不大于允許溫度偏差且溫度均勻性指標(biāo)不大于溫度均勻性控制上限時(shí)，將溫度均勻性達(dá)標(biāo)標(biāo)識(shí)量設(shè)置為表示達(dá)標(biāo)的第一狀態(tài)，當(dāng)最大溫度偏差大于允許溫度偏差或溫度均勻性指標(biāo)大于溫度均勻性控制上限時(shí)，將溫度均勻性達(dá)標(biāo)標(biāo)識(shí)量設(shè)置為表示未達(dá)標(biāo)的第二狀態(tài)，并輸出溫度均勻性達(dá)標(biāo)標(biāo)識(shí)量。
49、本發(fā)明具備以下有益效果：
50、1、通過將回火爐爐膛的加熱區(qū)域沿長(zhǎng)度方向劃分為多個(gè)熱控子區(qū)，并在每個(gè)子區(qū)幾何中心位置布置溫度傳感器，為后續(xù)精細(xì)化控制奠定了空間分辨率基礎(chǔ)。將爐膛視為由多個(gè)可控、可測(cè)的子區(qū)組成的空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，溫度傳感器與子區(qū)編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，再輔以控制周期級(jí)的采樣機(jī)制，使每個(gè)時(shí)刻都可獲得覆蓋整個(gè)爐膛的溫度數(shù)據(jù)列向量，從而可以將溫度均勻性問題轉(zhuǎn)換為在多維空間上控制多個(gè)子區(qū)溫度偏差的問題。一方面，能夠提高對(duì)爐膛溫度場(chǎng)的可觀測(cè)性，為后續(xù)數(shù)學(xué)建模和優(yōu)化控制提供可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；另一方面，通過多子區(qū)劃分可以兼顧爐膛整體均勻性與局部差異，避免傳統(tǒng)單點(diǎn)測(cè)溫方式下出現(xiàn)平均溫度達(dá)標(biāo)但局部明顯超差的風(fēng)險(xiǎn)，更適合核電設(shè)備用鋼對(duì)溫度均勻性嚴(yán)格控制的要求。
51、2、為每個(gè)熱控子區(qū)配置一個(gè)獨(dú)立控制的加熱單元，并通過恒功率加熱標(biāo)定試驗(yàn)建立熱響應(yīng)系數(shù)矩陣。將每個(gè)加熱單元視為獨(dú)立激勵(lì)源，依次執(zhí)行恒功率加熱試驗(yàn)，通過比較試驗(yàn)前后各子區(qū)溫度增量，構(gòu)建每個(gè)加熱單元功率對(duì)各子區(qū)溫度變化的影響系數(shù)，并按子區(qū)和加熱單元雙索引排列形成熱響應(yīng)系數(shù)矩陣，使?fàn)t膛熱行為被明確表達(dá)為從功率輸入空間到溫度變化空間的線性映射。將傳統(tǒng)模糊的經(jīng)驗(yàn)耦合變?yōu)榭芍苯佑糜谟?jì)算的量化耦合關(guān)系，便于在后續(xù)控制中精確預(yù)測(cè)某一功率組合對(duì)整個(gè)爐膛溫度的影響；通過對(duì)負(fù)溫度增量處理為零，避免將隨機(jī)擾動(dòng)或測(cè)量噪聲誤計(jì)為加熱貢獻(xiàn)，提高矩陣的物理合理性和數(shù)值穩(wěn)定性；為后續(xù)最小二乘優(yōu)化提供了明確的系統(tǒng)模型，使控制策略從以往的簡(jiǎn)單反饋調(diào)節(jié)提升為基于模型的前饋與反饋結(jié)合的優(yōu)化控制框架，更符合核電用鋼熱處理對(duì)過程可解釋性的高要求。
52、3、在獲取熱處理工藝目標(biāo)溫度的基礎(chǔ)上，為所有熱控子區(qū)統(tǒng)一設(shè)定目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)，并將每個(gè)控制周期起始采樣時(shí)刻各子區(qū)的溫度與目標(biāo)溫度的差值構(gòu)成溫度偏差數(shù)據(jù)，同時(shí)在每個(gè)控制周期內(nèi)為各加熱單元設(shè)置理論功率輸入變量。將工藝規(guī)范中通常以文字或表格形式出現(xiàn)的目標(biāo)溫度要求，轉(zhuǎn)化為一組可以直接參與運(yùn)算的目標(biāo)溫度數(shù)據(jù)列，進(jìn)而推導(dǎo)出可用于最小二乘優(yōu)化的溫度偏差數(shù)據(jù)列，使工藝要求與數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)在數(shù)據(jù)層面實(shí)現(xiàn)無縫銜接。同時(shí)，將所有加熱單元的理論功率輸入在控制周期內(nèi)統(tǒng)一作為待求變量，形成一組結(jié)構(gòu)化的功率變量數(shù)據(jù)，為后續(xù)目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造和方程組求解提供自變量空間。溫度偏差數(shù)據(jù)的構(gòu)造使控制目標(biāo)由抽象的工件溫度應(yīng)達(dá)到某一范圍具體化為多子區(qū)、多時(shí)刻的偏差量度，從而可采用統(tǒng)一的準(zhǔn)則進(jìn)行綜合衡量；另一方面，將功率輸入變量作為待優(yōu)化對(duì)象，打破傳統(tǒng)按經(jīng)驗(yàn)預(yù)先分配或逐區(qū)獨(dú)立調(diào)節(jié)功率的限制，使控制策略可以在全局維度上綜合考慮各加熱單元之間的協(xié)同配合效果，有利于減少局部頻繁超調(diào)和整體能耗浪費(fèi)。
53、4、利用熱響應(yīng)系數(shù)矩陣和理論功率輸入變量預(yù)測(cè)控制周期內(nèi)各熱控子區(qū)的溫度變化，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建溫度偏差目標(biāo)函數(shù)。將前期辨識(shí)得到的熱響應(yīng)系數(shù)矩陣直接應(yīng)用于控制周期內(nèi)的溫度變化預(yù)測(cè)，使每一次功率分配都建立在對(duì)結(jié)果的可預(yù)期基礎(chǔ)之上，而不是完全依賴事后反饋修正。通過將預(yù)測(cè)溫度變化與當(dāng)前溫度偏差疊加得到新的偏差，并以各子區(qū)偏差的平方和作為評(píng)價(jià)量，形成溫度偏差目標(biāo)函數(shù)，從而將復(fù)雜的多區(qū)域溫度控制問題轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的偏差最小化問題。與傳統(tǒng)方法相比，以往通過調(diào)節(jié)單個(gè)區(qū)域溫度使其接近設(shè)定值，缺乏對(duì)整體均勻性的統(tǒng)一優(yōu)化指標(biāo)，本方案則通過在目標(biāo)函數(shù)中綜合考慮所有熱控子區(qū)的偏差，將均勻性顯式納入優(yōu)化目標(biāo)，避免只照顧某些關(guān)鍵位置而忽視整體場(chǎng)分布的情況。可以通過一個(gè)清晰的標(biāo)量目標(biāo)反映多子區(qū)溫度場(chǎng)的整體偏差程度，便于采用標(biāo)準(zhǔn)的最小二乘方法獲得最優(yōu)解；同時(shí)這種構(gòu)造天然兼容增加或減少子區(qū)數(shù)量及不同布置方式，具有良好的擴(kuò)展性和通用性。
54、5、按照最小二乘原理，將溫度偏差目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性正規(guī)方程組，并解析求解各加熱單元的理論最優(yōu)功率輸入。不僅使用了最小二乘思想，還給出了明確的線性正規(guī)方程形式和求解路徑，使控制算法具有清晰的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和可重復(fù)性。與傳統(tǒng)依賴數(shù)值試探或簡(jiǎn)單比例調(diào)整的方式不同，本方案通過對(duì)目標(biāo)函數(shù)求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)為零，得到一組關(guān)于功率輸入變量的線性方程，進(jìn)而依據(jù)方程組系數(shù)矩陣是否可逆選擇解析求解或退化為零解的策略，既保證了在模型條件良好時(shí)可以獲得唯一的最優(yōu)功率組合，又在模型存在退化情形時(shí)給出了穩(wěn)定的保守處理方式，避免因求解不穩(wěn)定導(dǎo)致控制系統(tǒng)振蕩或失控。
55、6、在獲取理論最優(yōu)功率輸入的基礎(chǔ)上，設(shè)定統(tǒng)一的控制周期時(shí)間長(zhǎng)度，并按照零和額定最大可用功率對(duì)各加熱單元的理論功率進(jìn)行限幅，生成實(shí)際控制功率指令，同時(shí)根據(jù)實(shí)際功率與時(shí)間長(zhǎng)度計(jì)算各加熱單元能量投放。將數(shù)學(xué)優(yōu)化得到的理想功率解與實(shí)際設(shè)備能力恢復(fù)到同一層面，通過功率限幅操作將理論值映射為符合物理約束和設(shè)備安全限制的可執(zhí)行指令，避免在優(yōu)化過程中產(chǎn)生超過設(shè)備能力或負(fù)功率的控制量。此外，通過在控制周期尺度上計(jì)算每個(gè)加熱單元的能量投放，將功率控制自然連接到能量分配層面，為評(píng)估能耗和熱歷史提供量化依據(jù)。功率限幅是在理論最優(yōu)解基礎(chǔ)上進(jìn)行最小必要調(diào)整，從而在滿足安全約束的前提下盡可能保留優(yōu)化結(jié)果的整體方向和分配比例。
56、7、在每個(gè)控制周期的起始采樣時(shí)刻采集各熱控子區(qū)溫度并計(jì)算溫度偏差，將上一控制周期的實(shí)際控制功率指令數(shù)據(jù)與本控制周期的溫度數(shù)據(jù)和溫度偏差一起存儲(chǔ)，并據(jù)此計(jì)算溫度均勻性指標(biāo)。構(gòu)建了一個(gè)以控制周期為單位的過程數(shù)據(jù)閉環(huán)，將控制指令、爐膛溫度狀態(tài)與均勻性評(píng)價(jià)有機(jī)聯(lián)結(jié)在統(tǒng)一的歷史記錄中，使每一次控制結(jié)果都能在下一周期得到反饋，并形成可回溯的數(shù)據(jù)鏈條。與傳統(tǒng)系統(tǒng)只記錄少量報(bào)警信息或最終合格判定不同，本方案在每個(gè)控制周期計(jì)算溫度均勻性指標(biāo)，采用對(duì)子區(qū)溫度與目標(biāo)溫度差值平方平均的方式，形成一個(gè)能夠全面反映當(dāng)前溫度場(chǎng)均勻程度的指標(biāo)，而不是單純關(guān)注最高溫度或最低溫度。
57、8、依據(jù)熱處理工藝規(guī)范設(shè)置允許溫度偏差和溫度均勻性控制上限，在保溫階段結(jié)束采樣時(shí)刻所屬控制周期內(nèi)獲取最大溫度偏差及其對(duì)應(yīng)的溫度均勻性指標(biāo)，通過將最大溫度偏差與允許偏差比較，并將溫度均勻性指標(biāo)與控制上限比較，最終輸出表示溫度均勻性是否達(dá)標(biāo)的標(biāo)識(shí)量。將規(guī)范要求中對(duì)溫度范圍和均勻性程度的定性描述，轉(zhuǎn)化為兩種互補(bǔ)的量化判據(jù)：一是最大溫度偏差不超過允許偏差，保證任何子區(qū)不發(fā)生嚴(yán)重超差；二是整體溫度均勻性指標(biāo)不超過控制上限，保證溫度場(chǎng)整體分布平穩(wěn)。與現(xiàn)有技術(shù)中僅以最多測(cè)點(diǎn)溫差或某一位置溫度是否在工藝允許范圍內(nèi)作為合格與否依據(jù)不同，本方案采用點(diǎn)狀極值約束與整體均勻性約束的組合判定方式，更全面地反映熱處理質(zhì)量。一方面，合格判定標(biāo)準(zhǔn)與前面構(gòu)建的溫度均勻性指標(biāo)直接關(guān)聯(lián)，避免出現(xiàn)控制策略與質(zhì)量判據(jù)脫節(jié)的情況；另一方面，通過輸出清晰的達(dá)標(biāo)標(biāo)識(shí)量，便于生產(chǎn)管理系統(tǒng)及上游質(zhì)量管理流程進(jìn)行自動(dòng)化對(duì)接，實(shí)現(xiàn)核電用鋼熱處理工藝的標(biāo)準(zhǔn)化、可量化放行，有效降低人工判定誤差和主觀性，提高整體安全性與一致性。