高炉是目前工业上最大的高温密闭反应容器,其冶炼过程具有非线性、强耦合性、时滞性等特点,能耗占钢铁企业总能耗近七成,故为实现高炉的节能低耗和智能自动化发展,对高炉冶炼过程进行优化控制研究势在必行。现阶段,以煤代焦是实现高炉冶炼节能降耗最为有效的途径之一,但在喷煤的时机与量的控制方面仍由炉长进行人为调控,因此操作过程盲目粗糙,且喷煤操作不当时,易使炉况剧烈波动,造成重大生产事故。针对上述问题,本文基于高炉冶炼原理,融合风口图像信息及高炉运行数据,运用智能控制方法进行高炉喷煤优化控制研究并开展了以下研究工作:(1)针对使用传感器对风口回旋区进行测温时,采集的风口辐射图像受工业环境影响带有大量噪声的问题,本文提出采用小波变换与BM3D相结合的滤波算法去除风口图像中的条纹噪声及高斯噪声。同时,针对风口图像中存在光晕、光斑等问题,采用分水岭算法对风口图像进行处理,进而提取出风口回旋区目标。最后,基于比色测温法计算出风口回旋区温度。(2)在高炉炉况平稳且具有较高煤粉消化率的前提下,结合炼铁专家经验,基于风口回旋区温度及高炉历史运行数据,建立了高炉喷煤补偿专家决策器,以实现对总喷煤补偿量的有效决策。(3)由于煤粉在回旋区燃烧时先吸热再放热,若将决策出的总喷煤补偿量一次加入高炉,会引起炉温的剧烈波动、炉况偏离原有平衡工作点。针对此问题,本文提出采用预测控制方法对总的喷煤补偿量进行二次决策。首先,采用改进PSO-KELM算法建立回旋区温度预测模型;然后基于预测模型,再经滚动优化、反馈校正,实现对喷煤补偿量的预测控制;最终,将总喷煤补偿量逐步适量加入高炉,同时通过煤焦置换比提前置换出喷煤补偿量所对应的上部焦炭量,使高炉能量流保持平衡,并避免炉温的剧烈波动。(4)针对补偿喷煤后高炉整体冶炼特性发生改变,不同喷煤量下拥有不同高炉时滞的问题,本文引入T-S模糊控制思想,首先结合炼铁专家经验及高炉历史运行数据确定出高炉喷煤系统最大时滞时间;然后将其人为均分,在不同时滞子区间建立高炉喷煤补偿控制系统T-S子模型,并依据模型逼近精度对时滞区间加以调整;最后,基于并行分布补偿原理设计反馈控制器,并依据Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式方法对高炉喷煤补偿闭环控制系统的稳定性加以分析。本文基于高炉冶炼原理,融合风口图像信息、高炉历史运行数据、炼铁专家经验及智能控制方法,提出了基于多信息融合的高炉喷煤优化控制研究方案。理论研究及仿真实验证明该方案可保证高炉炉况平稳运行。此研究对提高高炉喷煤运行优化控制水平具有重要的理论及实际应用价值。