[發(fā)明專利]改進螢火蟲算法的熔鋁爐能耗模式識別方法、設(shè)備及載體

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• 申請日: 2021-06-17
• 公開（公告）號: CN113313413A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐康康;譚喜;楊海東;印四華;朱成就;周俊霖
• 申請（專利權(quán)）人: 廣東工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06K9/62;G06N3/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 王曉玲

本發(fā)明屬于熔鋁爐能耗數(shù)據(jù)的聚類分析和模式識別技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種改進螢火蟲算法的熔鋁爐能耗模式識別方法、設(shè)備及載體。通過可變步長優(yōu)化以及粒子群算法融合優(yōu)化的方式對螢火蟲算法作調(diào)整優(yōu)化，提出一種基于改進螢火蟲算法的聚類模型；根據(jù)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)能夠準確的識別熔鋁爐的能耗模式，便于工業(yè)生產(chǎn)，便于對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行分析；另外，與傳統(tǒng)聚類算法相比，本發(fā)明提出的改進算法具有運算更快、聚類精度更好的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熔鋁爐能耗數(shù)據(jù)的聚類分析和模式識別技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種改進螢火蟲算法的熔鋁爐能耗模式識別方法、設(shè)備及載體。

背景技術(shù)

熔煉環(huán)節(jié)是鋁型材生產(chǎn)中能源消耗最大的環(huán)節(jié)之一，熔鋁爐作為鋁型材熔鑄生產(chǎn)環(huán)節(jié)的核心設(shè)備，是保證鋁型材正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。生產(chǎn)過程中熔鋁爐的異常不僅會影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，降低產(chǎn)品的合格率，增大企業(yè)能源的損耗，還會增加各種污染廢氣的排放，影響企業(yè)效益。但是目前大部分企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場都仍是依靠傳統(tǒng)的閾值設(shè)置、人工預(yù)警的方式去實現(xiàn)異常的檢測，檢測到的異常信息往往帶有比較大的主觀性，并且檢查到的信息常常存在滯后性，對于關(guān)鍵的異常信息容易遺漏。熔鋁爐在正常生產(chǎn)中或者不同的故障模式下產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會具有不同數(shù)據(jù)特征。因此，進行熔鋁爐設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)的聚類分析，對確保鋁型材生產(chǎn)的全局安全與效益提升有著重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種改進螢火蟲算法的熔鋁爐能耗模式識別方法、設(shè)備及載體，能夠準確的識別出熔鋁爐的能耗模式，便于工業(yè)生產(chǎn)時對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種改進螢火蟲算法的熔鋁爐能耗模式識別方法，包括以下步驟：

S1.采集數(shù)據(jù)：首先，將熔鋁爐的能耗模式至少劃分為以下三種能耗模式：①原料熔化過程中溫度需要大幅上升，所需的能耗也是最多的，該能耗模式標定為一種高能耗模式；②在對熔爐或者熔煉工具預(yù)熱的過程以及添加合金元素進行合金化的過程中，溫度需要有一定的上升，消耗的能量相對比較多，但是相比于熔化階段的能量消耗卻少許多，該能耗模式標定為一種中能耗模式；③對于其他的生產(chǎn)流程，由于所消耗的能源相對較少，能源的使用穩(wěn)定，將其他流程的能耗模式標定為一種低能耗模式；然后，針對以上三種能耗模式，分別采集相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)，作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，用于訓(xùn)練步驟S2所構(gòu)造的分類模型；

S2.構(gòu)建分類模型：采用改進的螢火蟲算法對熔鋁爐能耗數(shù)據(jù)進行聚類分類，包括以下步驟：

S21.初始化螢火蟲算法與三種群優(yōu)算法，保持螢火蟲算法的種群數(shù)量和個體的維數(shù)與三種群優(yōu)算法的一致，并采用相同的目標函數(shù)；

S22.同步使用螢火蟲算法和三種群優(yōu)算法搜索最優(yōu)值，分別尋找出螢火蟲算法和群優(yōu)算法的各自最優(yōu)個體；

S23.設(shè)定共享間隔為一常數(shù)kit，達到共享時間的就繼續(xù)步驟S24，否則就跳到步驟S25；

S24.把螢火蟲算法中的最差i個個體與群優(yōu)算法中的最優(yōu)i個個體進行交換，并且約束i必須大于種群個體數(shù)的一半；

S25.每一次迭代結(jié)束完成后，保存下螢火蟲算法與群優(yōu)算法中的最優(yōu)值；

S26.判斷是否到達結(jié)束條件，若沒達到則跳到步驟S22繼續(xù)進行，反之，若達到了，就直接輸出混合算法中的最優(yōu)值作為結(jié)果；

S3.將需要識別的熔鋁爐相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)輸入到訓(xùn)練好的分類模型中進行識別，得出相應(yīng)的能耗模式。

進一步的，所述的三種群優(yōu)算法分別為：雜草算法、蜂群算法、粒子群算法。

進一步的，所述的螢火蟲算法包括以下步驟：

S201.隨機初始化螢火蟲種群，以及初始適應(yīng)度函數(shù)f(x)；同時，初始化參數(shù)β₀，擾動系數(shù)α，光吸收系數(shù)γ以及算法的最大迭代次數(shù)ItMax；