中文摘要：

炼钢－连铸－热轧生产过程受原料成分、运行工况、设备状态等多种不确定因素的干扰，具有动态变化特性。现有基于人工操作的生产运行方式，难以协调优化各控制系统来适应这种动态特性，导致能耗高、质量差等问题。炼钢－连铸－热轧生产过程模型变量类型混杂、变量间强非线性强耦合，难以建立精确过程模型，对运行优化的实现提出了挑战。本项目针对炼钢－连铸－热轧生产的需求和能耗问题，以着色路径图描述铁素流和能量流的超结构，提出路径图的分析、解耦技术；研究用模糊数和数据包络模型优化运行指标的方法；对生产过程建立具有微分代数表示的多目标动态优化模型和模型修正方法，提出DAE的变步长离散数值化方法和Pareto解的启发式混合智能搜索算法；建立运行优化算法的收敛性、稳定性和鲁棒性分析方法；提出运行优化的两层协调优化模型，实现生产过程多项指标的综合优化；最后开发运行优化原型系统，在企业进行数据验证。

结论摘要：

炼钢-连铸-热轧生产过程受原料成分、设备状态等多种不确定因素的干扰。现有基于人工操作的生产运行方式，难以协调优化控制系统来适应这种扰动，导致能耗高、质量差等问题。本项目针对炼钢-连铸-热轧生产存在的上述问题，首先用DEA和着色路径图对工业数据和现场调研结果进行了分析，发现“炉次到达时间扰动情况下的连铸运行过程”和“工况切换情况下的加热炉运行过程”是实现炼钢-连铸-热轧生产运行优化的典型关键运行工况。因此，本项目将研究力量聚焦到连铸机运行和加热炉运行这两个关键环节，从生产实践中提炼理论问题并进行研究讨论。最后这些方法在本项目建立的仿真软件硬件系统上进行了基于现场工业数据的仿真验证测试，说明了方法的可行性和有效性。 1）时间扰动条件下的连铸运行优化方法铸坯质量受钢水成分、钢水温度、运行参数等因素影响。炉次到达时间扰动会造成的断浇或钢包内钢水温度下降，导致效率和质量问题。本项目首先对连铸机的生产过程和运行模式进行了分析和描述，提出了连铸运行优化的一般问题描述；然后针对时间扰动下的连铸运行拉速水量优化问题，建立了基于冶金准则的连铸运行指标模型、连铸运行约束模型以及决策变量参数化模型结构；在生产连续性约束转化、凝固传热方程离散等基础上，提出了连铸运行拉速水量多目标优化算法，并对算法的最优性能和误差范围进行了理论分析和讨论。 2）工况切换条件下的加热炉运行优化方法加热炉生产受入炉温度、钢坯规格、钢坯种类等因素影响，生产过程表现出强不确定性和动态性。工况切换过程往往造成质量问题和能耗问题。本项目首先对加热炉的生产过程进行了分析和描述，给出了加热炉运行优化问题的模型描述；然后从加热炉和钢坯之间的热交换机理入手建立钢坯温度运行预报模型。针对加热炉工况切换下的加热炉运行优化问题，建立了加热炉运行指标模型、加热炉运行约束模型；进而在微分方程数值离散方法的基础，采用滚动优化策略，提出了以内点法为基础的加热炉运行优化算法。 3） 原型系统开发与仿真验证系统自主开发了连铸和加热炉的仿真软件和运行优化软件，搭建了原型系统和仿真环境，对项目所提的方法进行了基于工业数据的仿真测试和验证。项目研究工作已发表学术论文10篇，其中SCI3篇；研究生论文4篇；获得软件版权1项；研发仿真实验系统1套。培养研究生10人，博士生3人。