[發明專利]一種基于數字孿生的高爐鼓風與TRT啟停機仿真控制方法

在審

• 申請號: 202011268444.5
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112415914A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 吳平;樓嗣威;柴秋子;龔亦昕;李創;劉唐丁;沈新榮;楊春節
• 申請（專利權）人: 杭州哲達科技股份有限公司
• 主分類號: G05B17/02
• 分類號: G05B17/02;G06F17/11;C21B5/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

1.一種基于數字孿生的高爐鼓風與TRT啟停機仿真控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：采集正常工況下的輸入和輸出數據，得到第k個采樣時刻的1*m輸入向量u_k以及1*q輸出向量y_k，經過n次采樣后，得到輸入數據矩陣U＝[u₁，u₂，...，u_n]^T∈R^n*m以及輸出數據矩陣Y＝[y₁，y₂，...，y_n]^T∈R^n*q，其中m和q分別為采集到的輸入和輸出向量的變量數，n為總采樣數，[.]^T表示矩陣的轉置，R^n*m和R^n*q分別表示n行m列和n行q列數據矩陣；

步驟2：采用偏最小二乘回歸PLSR方法探索輸入數據矩陣U和輸出數據矩陣Y之間的線性關系，并完成PLSR模型的構建；

步驟3：采集實時的輸入向量u_new，根據步驟2中建立的PLSR模型預測當前時刻的輸出向量y_new；

步驟4：建立基于PID的控制算法與策略，可實現在不同控制參數情況下，對系統的控制仿真；隨后，將控制器輸出導入PLSR模型即可得到高爐、鼓風機及TRT設備在起、停機等不同運行階段的數據預測；最后，根據現場的設備啟停機情況，分別設定控制器輸出的上下限及相關控制方法，以達到和現場一致；

步驟5：使用Unity3D軟件，實現對高爐、鼓風機及TRT設備的三維建模，并能夠根據PLSR模型預測的相關數據控制設備的運行狀態；

步驟6：設計相關的前端顯示頁面，包括：控制器控制參數的輸入框，PLSR模型仿真啟停控制按鈕，三維模型的示意圖展示，以及控制仿真曲線。

2.根據權利要求1所述的基于數字孿生的高爐鼓風與TRT啟停機仿真控制方法，其特征在于：所述步驟2中，PLSR模型的構建方法如下：

系統輸入輸出的基本關系表示如下：

J_PLS(w，c)＝max w^TU^TYc

s.t.||w||＝1，||c||＝1 (公式1)

其中，w和c均為權重向量；

采用NIPALS算法求解上式，具體方法為：隨機設定一個初始化輸出得分向量r，重復以下步驟，直到收斂，收斂條件為相鄰兩個循環所求得r的差值小于10^-8；

1)w＝U^Tr/(r^Tr)；

2)||w||＝1；

3)t＝Uw；

4)c＝Y^Tt/(t^Tt)；

5)||c||＝1；

6)r＝Yc；

其中，t為輸入得分向量；

最終，通過該算法，每個循環中的權重向量w和c及得分向量t和r被導出；隨后，使用得分向量t和r來構建模型；輸入和輸出矩陣均可被分解為低維隱變量空間：

U＝TP^T+E₀ (公式2)

Y＝RQ^T+F₀ (公式3)

其中，T和R為輸入和輸出得分矩陣，分別由上述算法中所求得的t和r組成，P和Q分別為輸入和輸出負荷矩陣，E₀為輸入殘差，F₀為輸出殘差；然后，在T和R之間建立回歸模型：

R＝TB+F₁ (公式4)

其中，B為回歸系數矩陣，F₁為殘差；

最終，完整的PLSR模型可以表述為：

Y＝U(PBQ^T)+F (公式5)

其中，F為殘差。