加热炉不仅是冶金行业的重要热工设备,而且也是耗能大户,能耗占到钢铁工业总能耗的25%。加热炉控制技术直接影响带钢产品的质量、能源消耗和轧机寿命。在钢铁冶金行业竞争日趋激烈的今天,实现加热炉的优化控制对钢铁企业意义重大。加热炉的生产目的是满足轧制要求的钢坯温度分布,并实现钢坯表面氧化烧损最少、低的燃料消耗和环境污染。由于加热炉燃烧过程受随机干扰较多,具有非线性、大惯性、强耦合等特点,无法建立被控制对象的精确数学模型,因此采用传统的控制方法难以达到理想的控制效果,只能依靠操作人员凭经验控制底层回路设定值,当工况发生变化时往往使工艺指标实际值偏离目标值范围,造成产品质量下降,能耗增加。定量反馈理论是目前鲁棒控制领域中具有较强工程实用价值的一种设计方法,不需知道被控制对象的精确数学模型。针对以上情况,将定量反馈理论和模糊控制技术应用到加热炉控制中,就加燃气热炉控制中的温度-燃烧串级控制方式展开研究。具体来说,本文主要做了以下工作:首先,对加热炉系统进行深入研究,分析了加热炉的燃烧机理,用炉温-燃烧串级控制方式实现温度的自动控制。对炉温-燃烧串级控制中的主回路温度控制,应用实验法建立加热炉温度特性模型,用最小二乘法对模型参数进行辨识,根据辨识所得模型应用定量反馈理论进行温度控制器设计,在用模糊控制技术对控制器进行改进,实现参数的在线自调整,提高系统的适应性。其次,对现有加热炉燃烧控制策略中的双交叉限幅模型控制响应慢问题,研究设计了改进型变偏置双交叉限幅模型,在提高系统响应性能同时兼顾经济性。在分析了燃烧效率与空燃比关系后,针对炉内最佳空燃比随燃气热值和炉内工况变化的问题,设计了基于炉温变化、烟道残氧量并配合热值仪修正的空然比寻优模糊控制器,提高了燃烧效率。最后,对控制系统进行了仿真和性能分析,结果表明,所设计的控制器对加热炉工况变化有较强的鲁棒性,系统的响应性能和经济性更优。论文对加热炉系统特性进行了深入的分析,建立了加热炉温度-燃烧串级控制系统,特别是对燃烧控制中空燃比的寻优设计和双交叉限幅模型的改进,不仅在学术研究方有较大的参考价值,还是具有一定的工程应用价值。