[發(fā)明專利]基于懶惰學(xué)習(xí)的高爐鐵水質(zhì)量自適應(yīng)魯棒預(yù)測(cè)控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810971718.3
• 申請(qǐng)日: 2018-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN109001979B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周平;易誠(chéng)明;姜樂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04;G05B13/02
• 代理公司: 沈陽東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

本發(fā)明提供一種基于懶惰學(xué)習(xí)的高爐鐵水質(zhì)量自適應(yīng)魯棒預(yù)測(cè)控制方法，涉及高爐冶煉自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域。包括確定被控量與控制量；采集高爐生產(chǎn)歷史輸入輸出測(cè)量數(shù)據(jù)構(gòu)造初始數(shù)據(jù)庫；構(gòu)造查詢回歸向量，確定異常數(shù)據(jù)；從數(shù)據(jù)庫中查詢相似學(xué)習(xí)子集，選出最優(yōu)學(xué)習(xí)子集，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；將最優(yōu)學(xué)習(xí)子集作為訓(xùn)練集，建立預(yù)測(cè)模型；計(jì)算鐵水質(zhì)量指標(biāo)參考軌跡，構(gòu)造預(yù)測(cè)控制性能指標(biāo)，得到最優(yōu)控制向量；將最優(yōu)控制向量發(fā)給底層PLC系統(tǒng)并調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采集新一組高爐測(cè)量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理并更新數(shù)據(jù)庫。本發(fā)明提供的方法可以有效的抑制輸入輸出干擾的影響并且克服異常數(shù)據(jù)的影響，將高爐鐵水質(zhì)量穩(wěn)定在期望值附近，有利于高爐穩(wěn)定順行和優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高爐冶煉自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于懶惰學(xué)習(xí)的高爐鐵水質(zhì)量自適應(yīng)魯棒預(yù)測(cè)控制方法。

背景技術(shù)

高爐煉鐵作為最重要的煉鐵方式，正在向大規(guī)模、高效益、低能耗、自動(dòng)化的方向發(fā)展，其中高爐煉鐵閉環(huán)自動(dòng)控制一直是冶金工程和自動(dòng)化領(lǐng)域的難題。由于高爐煉鐵系統(tǒng)是一個(gè)物理化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜、多相、多場(chǎng)耦合的非線性、大滯后、動(dòng)態(tài)時(shí)變系統(tǒng)，因此很難為其建立精確的數(shù)學(xué)模型，從而很難實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。目前，被廣泛用來間接反映高爐內(nèi)部狀態(tài)的指標(biāo)為鐵水質(zhì)量參數(shù)，其中鐵水Si含量和鐵水溫度是衡量高爐內(nèi)熱狀態(tài)和穩(wěn)定順行的主要參數(shù)。采用鐵水質(zhì)量參數(shù)作為高爐內(nèi)部狀態(tài)的評(píng)判指標(biāo)，可以較全面地了解高爐內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)，為高爐的控制運(yùn)行提供指導(dǎo)。因此，要實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵過程的穩(wěn)定順行，并且生產(chǎn)出質(zhì)量合格的鐵水，為后續(xù)的轉(zhuǎn)爐煉鋼提供優(yōu)質(zhì)的原材料，有必要對(duì)鐵水質(zhì)量參數(shù)加以有效的監(jiān)測(cè)和控制。

預(yù)測(cè)控制被廣泛應(yīng)用于高爐煉鐵過程，由于高爐煉鐵過程是一個(gè)非線性過程，因此傳統(tǒng)基于線性模型預(yù)測(cè)控制方法無法實(shí)現(xiàn)有效控制。已有研究將支持向量回歸和雙線性子空間辨識(shí)等非線性建模方法與模型預(yù)測(cè)控制相結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)非線性高爐煉鐵過程鐵水質(zhì)量的優(yōu)化控制。

公開號(hào)為CN107390524A的專利“一種基于雙線性子空間辨識(shí)的優(yōu)化控制方法”，該專利基于雙線性子空間辨識(shí)技術(shù)與模型預(yù)測(cè)控制，提出一種高爐鐵水質(zhì)量指標(biāo)優(yōu)化控制方法，利用雙線性子空間辨識(shí)方法構(gòu)造一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的高爐鐵水質(zhì)量指標(biāo)預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)同時(shí)對(duì)綜合性的鐵水質(zhì)量指標(biāo)，即鐵水Si含量和鐵水溫度進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后進(jìn)一步將此模型作為預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于模型預(yù)測(cè)控制中，實(shí)現(xiàn)了高爐鐵水質(zhì)量對(duì)設(shè)定期望值的快速跟蹤。但是高爐煉鐵系統(tǒng)具有復(fù)雜的非線性，雙線性子空間模型對(duì)復(fù)雜非線性系統(tǒng)的逼近能力不強(qiáng)，因此利用雙線性子空間辨識(shí)方法獲得的預(yù)測(cè)模型，不能充分地表達(dá)非線性系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。

公開號(hào)為CN106249724A的專利“一種高爐多元鐵水質(zhì)量預(yù)測(cè)控制方法及系統(tǒng)”，該專利依據(jù)高爐冶鐵過程生產(chǎn)線上傳感器測(cè)量的高爐多元鐵水相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合多輸出最小二乘支持向量回歸理論，建立了高爐多元鐵水質(zhì)量與控制量之間的M-LS-SVR預(yù)測(cè)模型，然后用非線性預(yù)測(cè)控制理論設(shè)計(jì)了非線性預(yù)測(cè)控制器，實(shí)現(xiàn)對(duì)多元鐵水質(zhì)量的有效控制。但該專利中的非線性建模方法基于離線全局建模，缺乏在線參數(shù)調(diào)整機(jī)制，當(dāng)預(yù)測(cè)模型不匹配或者設(shè)定工作范圍改變時(shí)，全局模型很難在線更新，從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)不穩(wěn)定。

此外，在實(shí)際高爐煉鐵生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量離線和在線測(cè)量數(shù)據(jù)，如何充分利用這些數(shù)據(jù)信息對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，也是高爐煉鐵自動(dòng)控制過程中的關(guān)鍵問題。而且受檢測(cè)儀表和變送器等裝置的故障以及其他異常干擾對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的影響，采集數(shù)據(jù)經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常情況，如：數(shù)據(jù)值大于實(shí)際情況或者出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失現(xiàn)象。在上述專利提供的方法以及其他相關(guān)文獻(xiàn)相關(guān)類似方法，均沒有對(duì)此類異常數(shù)據(jù)干擾情況設(shè)計(jì)合理的魯棒機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于懶惰學(xué)習(xí)的高爐鐵水質(zhì)量自適應(yīng)魯棒預(yù)測(cè)控制方法，有效解決了非線性預(yù)測(cè)控制中預(yù)測(cè)模型的在線更新問題，并且該方法可以重復(fù)利用有用數(shù)據(jù)樣本，大大提高了離線和在線輸入輸出測(cè)量數(shù)據(jù)的利用率，能有效抑制異常數(shù)據(jù)對(duì)控制器的影響，增強(qiáng)控制器的魯棒性能，從而提高高爐煉鐵系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：