[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

本發明公開了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。該方法步驟：首先利用三維重建技術構建高爐設備三維模型；隨后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，完成與顯示實體相同的動作；設計Web頁面，用于對相關控制器參數進行設置，并提供數據可視化功能。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；采用Local?CVA算法建立系統狀態模型；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；最終，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頁面的曲線圖及柱狀圖也根據返回數據進行實時顯示。

技術領域

本發明涉及數字孿生與過程控制技術領域，具體涉及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。

背景技術

隨著工業4.0的推進，數字化的概念已經進入了業界的每一個企業。所有企業都在就如何實現自身數字化，如何開發與設計更加具有數字化的產品不斷做出嘗試。

目前，對于企業的數字化轉型，其中最炙手可熱技術便是數字孿生。最近，由工信部中國電子技術標準化研究院牽頭編寫的2020年《數字孿生應用白皮書》在中國國際高新技術成果交易會中發布。其中，著重關注了智慧城市、智慧交通、智慧能源、智慧建筑、智能制造、智慧健康6大領域。其中，智能制造作為其中重要的組成部分收到了業界廣泛關注。

現在，很多企業已經將數字孿生技術和自身企業發展相結合，做出了初步嘗試。河鋼和西門子合作，在鋼材制造中引入數字化進行頂層設計。在傳統鋼鐵工廠中，各個不同車間中不同的自動化和信息化系統，往往造成各自為政現象的產生，互相之間無法進行有效的信息共享與集成，進而形成了一個個信息孤島。為此，西門子利用數字孿生技術實現的虛擬場景的工業流程驗證和布局優化。中冶京誠工程技術有限公司也利用數字孿生技術實現了全流程虛擬鋼鐵工廠，實現了數字化的運維和管控。

然而，目前的大多數的數字孿生實踐中只注重對實時數據的一個顯示，這導致了我們僅僅實現了對數據的感知，而未對數據進行進一步處理。這不僅浪費了大量的工業數據資源，對耗時制作的三維模型的利用率也是極低的。

發明內容

針對上述現有技術中存在的缺陷，本發明提供了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。該方法將數字孿生技術與高爐爐頂壓力控制，專注于高爐煉鐵流程中各個工業流程的仿真控制和數字孿生體的構造。

為了實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案為：

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，包括以下步驟：

步驟1：根據現實場景中的物理實體，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，以完成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，使得現場操作人員可以進行相關控制器參數的設置，并提供了曲線圖、柱狀圖等數據可視化的功能；

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。