《高炉料面分布形状建模与控制》深入探讨了高炉装料过程与布料过程的建模与控制方法，阐述了高炉的结构与工作原理，以及装料制度对高炉冶炼效率及能耗的影响；通过解析高炉内部温度分布、料层厚度分布等关键参数，揭示高炉装料过程中料流轨迹与炉喉料面分布的模型规律，给出布料矩阵的优化方法，并介绍了基于输出概率密度函数（PDF）的智能控制策略，以实现高炉装料过程的高效控制。
　　《高炉料面分布形状建模与控制》可供高等院校理工科研究生和高年级本科生参考，也可供冶金与自动化领域相关研究人员和工程技术人员参考。

1 高炉冶炼自动化概述
1.1 引言
1.2 高炉冶炼过程及复杂控制问题
1.2.1 高炉冶炼过程概览
1.2.2 高炉大型化发展
1.2.3 高炉大型化带来的控制难题
1.3 高炉冶炼过程自动化及其研究现状
1.3.1 自动化与控制科学概述
1.3.2 高炉冶炼过程自动化现状
1.3.3 高炉冶炼过程自动化的研究现状
1.4 自动控制理论与方法研究概述
1.4.1 常规控制系统与分布参数控制系统的关系
1.4.2 输出为分布函数的一类控制系统
1.4.3 随机分布控制系统研究现状
1.5 高炉装料过程自动化的研究现状
1.5.1 高炉装料过程配料与上料基础自动化
1.5.2 布料操作对大型高炉平稳运行的重要性
1.5.3 高炉装料过程布料模型与控制的研究现状
参考文献

2 高炉装料与布料操作工艺
2.1 引言
2.2 高炉冶炼操作中的装料与布料工艺描述
2.2.1 高炉配料与上料工艺
2.2.2 高炉布料设备与工艺
2.3 高炉布料与炉况运行的交互关系
2.3.1 高炉布料与下行料柱的关系
2.3.2 几种典型的高炉布料制度与炉况运行状态的关系
2.4 高炉装料过程炉喉料面输出形状建模
2.4.1 基于操作参数描述的炉喉料面输出分布形状模型
2.4.2 基于工艺要求的炉喉料层厚度分布模型的设定
2.5 高炉装料过程料面输出形状的优化与控制
2.5.1 基于期望料面输出形状的操作参数优化
2.5.2 基于期望料层厚度分布的布料矩阵逆计算
2.6 高炉装料过程建模与控制的难点
2.7 小结
参考文献

3 高炉布料过程炉喉料面输出形态建模
3.1 引言
3.2 高炉装料过程炉喉料面输出形状的建模分析
3.3 高炉装料过程模型基础
3.3.1 料流轨迹模型
3.3.2 料面分布形状的数学描述
3.3.3 料层厚度分布描述与等体积原则
3.4 基于分布参数特征的布料过程输入输出模型
3.4.1 单环布料的模型描述
3.4.2 多环布料以及料面输出形状的时序递进描述
3.4.3 基于迭代学习的递推参数估计
3.5 仿真实验
3.5.1 单环布料
3.5.2 多环布料
3.5.3 基于开炉数据的仿真验证
3.6 小结
参考文献

4 基于智能计算方法的炉喉料面输出形状的操作参数优化
4.1 引言
4.2 高炉装料过程操作参数优化分析
4.2.1 高炉冶炼过程期望料面分布的形状及其描述
4.2.2 操作变量中存在的连续与离散优化并存问题
4.3 基于智能计算的高炉装料过程操作优化
4.3.1 基于粒子群优化算法的高炉装料过程的操作优化
……
5 基于B样条函数的期望料层厚度分布的设定方法
6 基于输出PDF控制的高炉装料过程料层厚度分布控制

　　高炉冶炼（炼铁）过程是指从铁矿石进入高炉到生成铁水出炉的整个过程，是钢铁生产过程的上游工序，也是能耗最大的环节。随着人工智能等先进技术的快速发展，大多数工业生产自动化和智能化的程度也越来越高。但是，由于高炉冶炼的极复杂动态特性以及高炉本体的高温密闭结构，高炉冶炼操作至今仍然是一个以专家经验为主的人工调控模式。高炉装料制度是高炉冶炼操作四大制度之一，主要是通过炉料装入顺序、装入方法、料线高度、批重、焦炭负荷、布料方式、布料溜槽倾动角度的变化等调整炉料在炉内的分布，以达到煤气流合理分布的目的。由于高炉超大的密闭反应空间内存在多相场的耦合交互，炉喉炉料的空间分布成为影响高炉冶炼的关键因素。高炉布料是高炉装料操作制度中调节炉料在炉喉空间分布的主要手段，通过调节布料矩阵实现对炉喉料面空间分布的调控，进而实现对炉内下行料柱与上升煤气流的逆向交互，影响整个炉况的动态运行，是高炉稳定顺行、高炉稳产、降低事故率和减少燃料消耗的关键环节。
　　本书系统性总结了作者及其团队近10年在高炉布料过程建模与控制方面的系列研究工作。全书共分为6章，第1章为高炉冶炼自动化概述，从高炉冶炼工艺与自动控制交叉融合的需求出发，详细阐述了装料制度对高炉冶炼效率及能耗的影响，阐明了高炉冶炼过程自动化的困难所在；第2章为高炉装料与布料操作工艺，从具体的工艺特点，深入探讨炼铁装料过程与布料过程控制的难点：第3章为高炉布料过程炉喉料面输出形态建模，在高炉装料工艺的基础上，利用料批批重恒定规则，给出了炉喉料层厚度分布的等体积积分原则，进而给出了以布料矩阵为操作变量的炉喉料面输出形状的模型描述；第4章为基于智能计算方法的炉喉料面输出形状的操作参数优化，运用智能计算等技术研究期望料面输出形状的设定方法，以及满足期望目标分布下求解最优操作参数布料矩阵的优化计算方法；第5章为基于B样条函数的期望料层厚度分布的设定方法，重点在于给出期望料层厚度分布的设定方法：第6章为基于输出PDF控制的高炉装料过程料层厚度分布控制，在随机分布控制理论的基础上进一步给出布料矩阵逆计算的方法。此外，为了便于更多的冶金与控制领域的同仁参与到高炉冶金自动化的攻关研究，本书提供了相关研究的Matlab代码。
　　本书涉及的研究工作得到了国家自然科学基金区域创新联合基金重点项目“动态供需驱动的大型炼铁系统多工序协同优化控制（U22A2049）”，国家自然科学基金地区项目“大型高炉冶炼过程中料形与料位的运行优化控制（62263026）”“大型高炉布料过程料面输出形状的建模与控制（61763038）”“多信息、专家知识相结合的高炉冶炼下部调节优化控制研究（61763039）”“基于数据驱动的白云鄂博矿高炉炼铁过程的建模及优化研究（61164018）”，国家自然科学基金重大项目“大型高炉高性能运行控制方法及实现技术（61290323）”的支持，同时也得到了广西柳州钢铁集团有限公司和包头钢铁集团，特别是包头钢铁集团炼铁厂技术主管马祥高工的支持。本书的出版得到了国家自然科学基金项目（62063027），内蒙古自然科学基金系列项目（2023MS06001、2022MS06005、2020LH06006、2014MS0612、2009MS0904）,内蒙古自治区高等学校青年科技英才支持计划项目（NJYT22057）和内蒙古科技大学基本科研业务费项目（2024QNJS003、2023RCTD028）的资助，在此一并表示感谢。
　　本书的撰写过程中，王宏教授提出的“有界随机分布控制理论”为书中的模型与控制提供了核心理念。东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室柴天佑院士、代学武教授、刘腾飞教授、卢绍文教授，内蒙古科技大学崔桂梅教授、石琳教授，北京科技大学尹怡欣教授、穆志纯教授，北京工业大学李晓理教授等给予了多方面的支持、帮助和指导。另外，张斌、王丽娟、孔令峰、古志远、王力宾、刘继岩、杨维清、刘悦洋、严祥瑞、姜兆宇也做出了贡献，在此表示衷心的感谢。
　　由于作者水平有限，书中不妥之处，诚请各位读者批评指正。