[發明專利]一種基于數字孿生系統的高爐爐頂壓力控制回路參數優化方法

有效

• 申請號: 202011581740.0
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112817282B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 吳平;徐華鋒;樓嗣威;呂巧玲;王緒康;柴秋子
• 申請（專利權）人: 杭州哲達科技股份有限公司
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;C21B5/00
• 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系統的高爐爐頂壓力控制回路參數優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：利用Unity和3Dmax軟件與三維重建技術，構建高爐設備三維模型；

步驟2：根據高爐設備技術要求，設計相關動作引擎，在特定操作參數情況下，完成與高爐設備一致的動作；

步驟3；設計Web頁面，用于對相關控制器參數進行設置，并提供曲線圖、柱狀圖數據可視化的功能；

步驟4；使用傅里葉變換提取振動數據的主要特征，進而將其與非振動數據重新整合以保障數據維數一致；所述主要特征包括X、Y、Z軸有效值及其1倍頻和2倍頻的幅值；

步驟5：采用了Local-CVA算法建立系統狀態模型，并計算Harris控制性能指標；Local-CVA算法采用局部線性嵌入方法對數據的非線性特性進行了進一步分析；

步驟6：設定Harris控制性能指標為優化目標，通過粒子群算法調整控制器參數數值，直到計算得到最優的控制性能指標；

步驟7：計算得到的所有數據返回前端，三維模型進行相應動作，并且Web頁面的曲線圖和柱狀圖也根據返回數據進行實時顯示；

所述步驟5具體為：

步驟1)：分析整合后的數據的動態特性，首先通過數據的時序關系構建過去與將來數據矩陣：先對所有時刻的輸入數據u和輸出數據y進行均一化處理，對于給定k時刻，分別構建過去數據向量和將來數據向量最后采用所有的過去數據向量和將來數據向量分別組成過去數據矩陣和將來數據矩陣其中N＝n-f-p+1，p和f分別為過去與將來的時滯參數，n為輸入數據u的樣本數；

步驟2)：進一步分析步驟1處理后數據的非線性特性，使用局部線性嵌入方法對數據進行線性重構，具體為將一段非線性數據分割為多個線性數據段的組合，為了最小化原始數據與線性重構后數據的誤差，建立如下優化目標：

其中，l為鄰近樣本個數，為線性重構權重，當所有樣本的線性權重均計算完畢后，得到線性權重矩陣進而，得到局部結構矩陣L：

L＝I-Ψ (公式2)

其中I為合適尺度的單位矩陣；基于以上方法，可以得到過去數據矩陣P的局部結構矩陣L_p和將來數據矩陣F的局部結構矩陣L_f；

步驟3)：分別計算過去和將來樣本協方差：和過去與將來的交叉樣本協方差：其后，構建Hankel矩陣

步驟4)：對Hankel矩陣γ進行奇異值分解：

γ＝ΓΛΔ^T (公式3)

其中，Г和Δ分別為左右奇異向量，Λ為奇異值矩陣；并根據奇異值矩陣中的相關系數將右奇異向量進行劃分，將前c個奇異值所對應的右奇異向量記作Δ_c，則其狀態變量子空間可以表示為：

步驟5)：計算系統的狀態空間方程：

x(t+1)＝Ax(t)+Bu(t)+e(t) (公式5)

y(t)＝Cx(t)+Du(t)+v(t) (公式6)

其中，A、B、C、D為系統矩陣，e、v為系統噪聲，并且此處x(t)表示W中的第t列，同理u(t)、y(t)表示為U、Y的第t列，U和Y分別為輸入數據u的矩陣和輸出數據y的矩陣；

系統矩陣的估計為：

其中Σ[.，.]表示樣本協方差；系統噪聲的估計值和為：

隨后可得到系統噪聲方差

步驟6)：采集監測時間段的輸出值與設定值，計算實時輸出值與設定值的偏差；隨后計算該偏差序列的方差最后根據下列公式求得該監測時段的Harris控制性能指標η：