一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112176136A(43)申请公布日2021.01.05(21)申请号202011017678.2(22)申请日2020.09.24(71)申请人中南大学地址410000湖南省长沙市麓山南路932号(72)发明人蒋朝辉周科桂卫华易遵辉黄建才(74)专利代理机构长沙朕扬知识产权代理事务所(普通合伙)43213代理人易瑶(51)Int.Cl.C21B5/00(2006.01)权利要求书3页说明书14页附图6页(54)发明名称一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及系统(57)摘要本发明公开了一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法及系统，通过建立静坐标系和动坐标系，求取U型旋转溜槽的角速度和角加速度、炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度、以及求取炉料相对静坐标系的绝对加速度,建立炉料相对U型旋转溜槽的运动轨迹数学模型，并根据运动轨迹数学模型，获取炉料的运动位置和运动速度，解决了现有针对炉料在U型旋转溜槽上的运动模型没有考虑溜槽水平回转和倾斜旋转的角速度及角加速度的变化，导致难以精确计算炉料的运动位置和运动速度的技术问题，能实现高炉U型溜槽上炉料运动轨迹的精准建模，还能精确计算炉料的运动位置和运动速度以及实现溜槽转速及倾斜角度动态变化下的布料。CN112176136ACN112176136A权利要求书1/3页1.一种高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，所述方法包括：建立相对高炉静止的静坐标系和与U型旋转溜槽一同旋转的动坐标系；基于所述静坐标系、动坐标系以及静坐标系中U型旋转溜槽的角速度，获取U型旋转溜槽在动坐标系中相对静坐标系的角速度和角加速度数学模型；在所述动坐标系中，获取炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度；基于U型旋转溜槽在动坐标系中相对静坐标系的角速度和角加速度数学模型，以及炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度，获取炉料相对静坐标系的绝对加速度；基于炉料相对静坐标系的绝对加速度，在动坐标系中分析炉料的受力情况，并根据牛顿第二定律获取炉料相对U型旋转溜槽的运动轨迹数学模型；根据所述运动轨迹数学模型，获取炉料的运动位置和运动速度。2.根据权利要求1所述的高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，建立与U型旋转溜槽一同旋转的动坐标系包括：根据右手定则，以OZw轴正方向为绕轴线旋转的正方向，以OXw轴为初始位置，旋转第一角度，获得一次旋转坐标系，其中OZw轴为静坐标系OXwYwZw的OZw轴，OXw轴为静坐标系OXwYwZw的OXw轴；基于所述一次旋转坐标系，以OYr轴正方向作为第二次绕轴线旋转的正方向，以OZr轴为第二次旋转初始位置，旋转第二角度，获得动态坐标系，其中OYr轴为一次旋转坐标系OXrYrZr的OYr轴，OZr轴为一次旋转坐标系OXrYrZr的OZr轴。3.根据权利要求2所述的高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，基于所述静坐标系、动坐标系以及静坐标系中U型旋转溜槽的角速度，获取U型旋转溜槽在动坐标系中相对静坐标系的角速度和角加速度数学模型包括：根据所述静坐标系和动坐标系之间的位置关系，确定所述静坐标系和动坐标系之间的坐标变换矩阵；根据所述坐标变换矩阵以及静坐标系中U型旋转溜槽的角速度，求解U型旋转溜槽在动坐标系中相对静坐标系的角速度和角加速度数学模型。4.根据权利要求3所述的高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，在所述动坐标系中，获取炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度包括：获取炉料在动坐标系中Xb轴的投影，其中Xb轴为动坐标系OXbYbZb的OXb轴；获取炉料与U型旋转溜槽对称轴之间的夹角；根据所述炉料在动坐标系中Xb轴的投影和炉料与U型旋转溜槽对称轴之间的夹角，获取炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度，其中，炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度的计算公式分别为：2CN112176136A权利要求书2/3页其中，分别表示炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度，x表示炉料在动坐标系中Xb轴的投影，R表示U型旋转溜槽的半径，θ表示炉料与U型旋转溜槽对称轴之间的夹角，e表示U型旋转溜槽的倾动距，和分别表示对x求一阶导数和二阶导数，和分别表示对θ求一阶导数和二阶导数。5.根据权利要求4所述的高炉U型溜槽上炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，基于U型旋转溜槽在动坐标系中相对静坐标系的角速度和角加速度数学模型，以及炉料相对U型旋转溜槽的运动位置、运动速度以及运动加速度，获取炉料相对静坐标系的绝对加速度包括：基于U型旋转溜槽在动坐标系中相对静坐标系的角速度和角加速度数学模型，以及炉料相对U型旋转