[发明专利]一种高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法及系统

权利要求书

1.一种高炉炉顶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溜槽一同旋转的动坐标系，其中建立相对高炉静止的静坐标系和与溜槽一同旋转的动坐标系包括：

根据右手定则建立相对高炉静止的静坐标系，其中所述静坐标系的原点为溜槽与中心喉管的两牵连点的水平连接线与高炉对称轴之间的交点；

根据右手定则，将所述静坐标系依次绕静坐标系中的两个坐标轴旋转获得与溜槽一同旋转的动坐标系；

求解静坐标系与动坐标系之间的坐标变换矩阵；

根据炉料在下料罐处的排出方式，建立炉料节流阀排出数学模型；

建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型，所述自由下落数学模型用于获取炉料与溜槽碰撞前时刻在静坐标系中的速度和位置，其中建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型包括：

根据炉料节流阀排出数学模型，获取炉料离开节流阀时在静坐标系中的坐标；

根据炉料离开节流阀时在静坐标系中的坐标，建立炉料在中心喉管的自由下落数学模型，且所述炉料在中心喉管的自由下落数学模型的具体计算公式为：

其中，r₁和v₁分别为炉料与溜槽碰撞前时刻在静坐标系中的速度和位置，x₀、y₀、h_a分别为炉料离开节流阀时在静坐标系中的X轴、Y轴和Z轴的坐标，h_w为中心喉管末端至炉料与溜槽碰点之间的距离，v₀为炉料离开节流阀时的Z轴速度，g为重力加速度，e为溜槽倾动距，β₀和γ₀分别为炉料与溜槽碰撞时，溜槽相对初始位置的水平旋转角度和倾斜角度，θ₀为炉料与溜槽对称轴之间的夹角，且R为溜槽半径；

根据炉料与溜槽碰撞的碰撞恢复系数，建立炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型，所述碰撞恢复系数包括法向恢复系数和径向恢复系数，其中根据炉料与溜槽碰撞的碰撞恢复系数，建立炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型包括：

将炉料与溜槽碰撞前时刻在静坐标系中的速度和位置变换为动坐标系中的运动速度和运动位置；

根据炉料与溜槽碰撞前时刻在动坐标系中的运动位置，获得溜槽上碰撞点的法相向量；

根据炉料与溜槽碰撞前时刻在动坐标系中的运动速度，获得炉料与溜槽碰撞前的入射速度；

计算溜槽上碰撞点的法相向量和炉料与溜槽碰撞前的入射速度之间的夹角，获得第一夹角；

根据炉料与溜槽碰撞时的碰撞恢复系数以及所述第一夹角，获得炉料与溜槽碰撞后在溜槽上运动的初始速度常数；

根据炉料与溜槽碰撞后在溜槽上运动的初始速度常数，计算炉料与溜槽碰撞后的出射速度；

根据炉料与溜槽碰撞后炉料在溜槽上的初始运动数学模型，建立炉料在溜槽内的溜槽运动数学模型；

根据溜槽运动数学模型，获取单颗粒炉料从节流阀至溜槽末端的炉料运动轨迹数学模型，进而获得整个高炉炉顶炉料的运动轨迹数学模型。

2.根据权利要求1所述的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，计算炉料与溜槽碰撞后的出射速度的具体公式为：

其中，v′₁为炉料与溜槽碰撞前的入射速度，v′₂为炉料与溜槽碰后的出射速度，||·||代表取模长操作，e_n为炉料与溜槽碰撞时的法向恢复系数，θ_int为第一夹角，θ_out为溜槽上碰撞点的法相向量和炉料与溜槽碰撞后的出射速度之间的夹角，且n为溜槽上碰撞点的法相向量。

3.根据权利要求2所述的高炉炉顶炉料运动轨迹建模方法，其特征在于，根据炉料与溜槽碰撞后在溜槽上运动的初始速度常数，计算炉料与溜槽碰撞后的出射速度的计算公式为：

v₂′＝av₁′+bn，

其中，v′₁为炉料与溜槽碰撞前的入射速度，v′₂为炉料与溜槽碰后的出射速度，a和b为炉料与溜槽碰撞后在溜槽上运动的初始速度常数，n为溜槽上碰撞点的法相向量。