中国是世界上最大的钢铁生产国与消费国,钢铁为国民经济发展提供了强有力的物质基础。加热炉作为钢铁生产过程中的重要设备,其稳定、高效、经济运行不仅能提高钢铁工业的经济效益,还能降低全国工业污染物的总排放量,具有很好的经济价值和环保价值。加热炉对象具有大惯性、大滞后、多扰动等特性,采用常规的控制策略难以取得满意的控制效果。为了提高加热炉对象的控制品质,本文设计了一套加热炉先进控制系统,并成功地应用于现场。本文主要研究开发工作包括以下内容:(1)针对炉温对象的大滞后、大惯性特性和煤气流量对象的多扰动特性,设计了一种炉温-煤气流量串级控制方案,分别采用SGPC和PID作为串级控制结构中的主控制器和副控制器。针对排烟温度和炉膛压力这对相互矛盾的被控对象,设计了一种排烟温度-炉膛压力选择控制方案,分别采用积分分离式PID和PID作为相应回路的控制器。分别对各回路的无扰切换和控制器抗饱和问题进行了处理。将加热炉先进控制系统划分为控制算法、数据通信、人机交互界面、配置文件四部分,并分别完成了各部分的具体实现。(2)在现场原有设备的基础上,构建了加热炉先进控制系统的硬件平台;测试了先进控制系统与组态软件之间的连接情况,整定了各回路控制器参数;将所设计的加热炉先进控制系统进行了实际应用,降低了钢坯氧化烧损率和吨钢煤气消耗量,相关数据表明系统投运后取得了良好的经济效益。(3)针对加热炉各加热段炉温之间的耦合性,提出了一种加热炉炉温解耦控制方案,消除了各回路之间的耦合作用,提高了系统对建模误差和不确定性输入、输出扰动的稳定性;在控制器设计过程中,重新配置了系统闭环传递函数矩阵的极点,提高了系统对输入信号的跟踪能力和对扰动信号的抑制能力。