[發(fā)明專(zhuān)利]高爐料面溫度場(chǎng)邊緣溫度的智能提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910043899.4
• 申請(qǐng)日: 2009-07-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101613778A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-12-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何勇;吳敏;曹衛(wèi)華;劉振燾;安劍奇;袁姣紅
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C21B7/24
• 分類(lèi)號(hào): C21B7/24;C21B5/00;G01K7/02;G06N3/08;G06N7/02;G06N5/00
• 代理公司: 中南大學(xué)專(zhuān)利中心
• 代理人: 胡燕瑜

1.一種高爐料面溫度場(chǎng)邊緣溫度的智能提取方法，其特征在于：利用爐墻熱電偶的溫度信息，結(jié)合熱傳導(dǎo)理論計(jì)算爐壁內(nèi)側(cè)的煤氣溫度，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)聚類(lèi)融合、模糊推理和專(zhuān)家規(guī)則，融合十字測(cè)溫邊緣溫度和料線(xiàn)深度檢測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐料面溫度場(chǎng)邊緣溫度的軟測(cè)量，具體步驟如下：

(1)基于十字測(cè)溫的邊緣溫度計(jì)算

采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，融合經(jīng)過(guò)數(shù)字信號(hào)預(yù)處理后的十字測(cè)溫邊緣溫度信息與料線(xiàn)深度信息，獲得邊緣溫度的估計(jì)值t₁，其中BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采用基于專(zhuān)家知識(shí)的有師學(xué)習(xí)訓(xùn)練方式進(jìn)行訓(xùn)練；

其中x_i，i＝1，2，…，5，x₁表示十字測(cè)溫邊緣溫度1，x₂表示十字測(cè)溫邊緣溫度2，x₃表示十字測(cè)溫邊緣溫度3，x₄十字測(cè)溫邊緣溫度4，x₅表示料線(xiàn)深度，?為輸入的第i個(gè)值對(duì)應(yīng)的神經(jīng)元到中間層的第m個(gè)神經(jīng)元的權(quán)值，?是中間層第m個(gè)神經(jīng)元的閥值，b^O是輸出層神經(jīng)元的閥值，?是中間層的第m個(gè)神經(jīng)元到輸出層神經(jīng)元的權(quán)值，t₁，t₀分別表示該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際輸出值和期望輸出值，tansig(·)表示sigmoid函數(shù)；

(2)基于熱傳導(dǎo)原理的邊緣溫度計(jì)算

根據(jù)爐墻的結(jié)構(gòu)、材料特性以及爐墻熱電偶的實(shí)際檢測(cè)值，采用熱傳導(dǎo)計(jì)算方法，計(jì)算得到邊緣溫度估計(jì)值t₂；設(shè)耐火磚的導(dǎo)熱系數(shù)為λ₂，厚度為l₂；冷卻壁的導(dǎo)熱系數(shù)為λ₁，厚度為l₁；T_B表示耐火磚層(1)和冷卻壁層(2)的交界處的溫度值，通過(guò)爐墻熱電偶直接測(cè)得；T_C表示冷卻水管壁(3)處的溫度，室溫取25℃；T_Ai為由第i個(gè)爐墻熱電偶根據(jù)熱傳導(dǎo)理論計(jì)算得到的爐墻邊緣溫度值，T_Ai的計(jì)算式為

在高爐爐墻的不同位置總共安裝了4個(gè)熱電偶，需要對(duì)由這4個(gè)熱電偶按照式(1)分別推導(dǎo)得到的邊緣溫度值T_A1，T_A2，T_A3和T_A4，進(jìn)行均值計(jì)算得到爐墻的邊緣溫度估計(jì)值t₂

(3)基于模糊推理和專(zhuān)家規(guī)則的料面溫度場(chǎng)邊緣溫度提取

當(dāng)邊緣溫度估計(jì)值t₁∈[80，300]和t₂∈[60，250]時(shí)，采用模糊推理的方法，根據(jù)十字測(cè)溫邊緣得到的邊緣溫度估計(jì)值t₁與爐墻熱電偶得到的邊緣溫度估計(jì)值t₂，來(lái)判斷料面溫度場(chǎng)的邊緣溫度T_f，但是由于熱電偶損壞或者其它眾多干擾因素，而導(dǎo)致邊緣溫度估計(jì)值?或者?時(shí)需要采用專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)重新計(jì)算料面溫度場(chǎng)的邊緣溫度T_f，分別描述如下：

a)基于模糊推理的邊緣溫度提取

1)設(shè)計(jì)模糊融合規(guī)則

模糊融合包括三部分內(nèi)容：

①確定模糊變量集合

設(shè)T₁和T₂分別為溫度值t₁和t₂在模糊論域上的量化值，其映射表達(dá)式分別如公式(2)和公式(3)所示。T₁的模糊變量的詞集選擇為7個(gè)：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，論域?yàn)椋簕-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7，8}；T₂的模糊變量的詞集選擇為5個(gè)：{NB，NS，ZO，PS，PB}，論域?yàn)椋簕-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}；模糊融合后的溫度T的模糊變量的詞集選擇為7個(gè)：{NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB}，論域?yàn)椋簕-8，-7，-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6，7，8}；

②定義隸屬函數(shù)

由于在該模糊融合器的隸屬度函數(shù)設(shè)計(jì)上，融合的精度要求比較高，故T₁、T₂和T均采用通常的三角隸屬度函數(shù)；

③建立模糊融合規(guī)則

考慮到根據(jù)十字測(cè)溫邊緣得到的邊緣溫度估計(jì)值T₁，根據(jù)爐墻熱電偶得到的邊緣溫度估計(jì)值T₂都與料面溫度場(chǎng)的邊緣溫度T成正比關(guān)系，并且溫度估計(jì)值T₁比T₂更接近T的實(shí)際值，確定模糊推理規(guī)則表；

2)確定模糊融合器參數(shù)

模糊融合的各項(xiàng)參數(shù)如下所示：?

十字測(cè)溫估計(jì)的邊緣溫度范圍為[80，300]，溫度t₁到其論域T₁[-8，+8]的映射式為：

熱傳導(dǎo)計(jì)算得到的邊緣溫度范圍為[60，250]，溫度t₂到其論域T₂[-6，+6]的映射式為：

3)模糊推理與解模糊

在模糊融合中，對(duì)建立的模糊規(guī)則要經(jīng)過(guò)模糊推理才能決策出融合變量，采用了Mamdani推理法，用面積重心法的計(jì)算式為：

式中，T_i為融合量論域中的第i個(gè)元素，i＝1，2，...，7，即分別為NB，NM，NS，ZO，PS，PM，PB，μ(T_i)為T(mén)_i對(duì)應(yīng)的隸屬度，T為解模糊后算出的精確邊緣溫度值，然后再將T[-8，+8]按照下式所示的對(duì)應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)化為實(shí)際的料面溫度的邊緣溫度值T_f，它的范圍為[60，300]，單位為℃；

由于熱電偶損壞或者其它眾多干擾因素，而導(dǎo)致邊緣溫度估計(jì)值?或者?此時(shí)放棄由溫度t₁和t₂通過(guò)模糊推理得到的結(jié)果T_f，而采用專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)重新計(jì)算料面溫度場(chǎng)的邊緣溫度T_f；

b)基于專(zhuān)家規(guī)則的邊緣溫度提取

采用T_f＝αt₁+βt₂，其中α+β＝1，且0≤α≤1，0≤β≤1，來(lái)融合料面溫度場(chǎng)邊緣溫度t₁和t₂來(lái)獲得準(zhǔn)確的料面溫度場(chǎng)的邊緣溫度T_f，采用啟發(fā)式語(yǔ)言IF...THEN...的形式，制定了如下的一些專(zhuān)家規(guī)則判斷邊緣溫度：

IF????t₁≥300????????THEN?t₁＝300，且α＝1，β＝0

IF????t₂≤60?????????THEN?t₂＝60，且α＝0，β＝1?

IF??t₁≤60????????AND??60≤t₂≤250????THEN????T_f＝t₂，即α＝0，β＝1

IF?60≤t₁≤80?????AND??60≤t₂≤250????THEN????α＝0.025t₁-1.5

IF?80≤t₁≤300????AND??250≤t₂≤300???THEN????β＝-0.01t₂+3

IF?80≤t₁≤300????AND??t₂≥300????????THEN????T_f＝t₁，即α＝1，β＝0

(4)基于專(zhuān)家規(guī)則的邊緣溫度分布的特征信息提取

邊緣溫度T_f能夠反映料面溫度場(chǎng)邊緣溫度分布，進(jìn)而反映邊緣煤氣流的流量大小，即邊緣溫度T_f越高的地方，邊緣煤氣流的流量越大，邊緣溫度分布區(qū)域W也就越大，制定如下幾條專(zhuān)家規(guī)則判斷邊緣溫度分布區(qū)域：

IF?60≤T_f＜100T????HEN?W很小

IF?100≤T_f＜150????THEN?W小

IF?150≤T_f＜200????THEN?W中

IF?200≤T_f＜250????THEN?W大

IF?250≤T_f＜300????THEN?W很大

最后，結(jié)合料面溫度場(chǎng)的邊緣溫度值T_f的高低和邊緣溫度分布區(qū)域W的大小獲取料面溫度場(chǎng)邊緣溫度分布的特征信息；

(5)基于專(zhuān)家規(guī)則的邊緣溫度分布的特征信息提取

根據(jù)邊緣溫度T_f的大小，結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，判斷邊緣溫度分布區(qū)域W的大??；然后，融合邊緣溫度值T_f和邊緣溫度分布區(qū)域W的大小，得到準(zhǔn)確的料面溫度場(chǎng)邊緣溫度分布的特征信息。?