[發明專利]一種基于機器學習模型的軋鋼加熱爐控制方法

有效

• 申請號: 202210784165.7
• 申請日: 2022-07-05
• 公開（公告）號: CN115186582B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 蔣淡寧;張永強;王崇鵬;馮愷睿;買嘉成;余澤偉;王筱圃;鐘智敏
• 申請（專利權）人: 科大智能物聯技術股份有限公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F17/18;G06F119/08
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 婁岳

1.一種基于機器學習模型的軋鋼加熱爐控制方法，其特征在于，具體步驟包括：

步驟S1、獲取歷史數據并進行數據預處理，所述歷史數據包括歷史周期煙道溫度、歷史周期煤耗量，以及歷史爐況指標；

步驟S2、根據歷史周期煙道溫度和差分方法構建周期煙道溫度預測模型，得到煙道溫度曲線，所述周期煙道溫度預測模型能夠基于輸入數據得到周期煙道溫度；

步驟S3、將所述歷史周期煤耗量和所述歷史爐況指標輸入基于機器學習模型構建的煤氣流量預測模型中，所述煤氣流量預測模型基于輸入數據得到初始煤氣流量；

步驟S4、將歷史爐況指標輸入基于機器學習模型構建的出鋼溫度預測模型，所述出鋼溫度預測模型得到預測出鋼溫度和各個加熱段的目標溫度，其具體步驟包括：

刪除歷史數據中異常周期數據，并將符合標準的出鋼溫度中較低的前百分之三十的數據生成訓練集，并輸入出鋼溫度預測模型進行訓練；

將出鋼溫度作為目標，將歷史數據中鋼坯溫度、鋼坯規格，以及各個加熱段的平均溫度差作為參數輸入基于機器學習模型構建的出鋼溫度預測模型，得到預測出鋼溫度；

根據得到的預測出鋼溫度結合爐膛溫度和煤氣流量的對應關系表，同時設置不同鋼種的在每個加熱段目標溫度區間，得到各個加熱段的目標溫度，計算公式為：

式中，T_j為第j段的加熱段的目標溫度，n為加熱段的總數量，j為當前加熱段的編號，T_initial為進入爐膛溫度前的初始溫度，T_final為鋼材的出鋼溫度；

所述輸入出鋼溫度預測模型進行訓練的具體步驟包括：

將訓練集數據劃分多份，其中將不重復的每次取一份作為測試集，其他為訓練集；

計算每一次模型的均方誤差MSE，即線性回歸的損失函數，確定不同模型中的損失值最小，作為最優模型；

采用十字交叉驗證對比機器學習模型，同時將誤差均值、均方誤差，以及可決系數作為模型選擇標準，進行綜合模型選擇，計算公式為：

誤差均值的計算公式為：

均方誤差的計算公式為：

式中，f(x_i)為第i組輸入數據經過訓練好的模型預測得到的預測值，y_i為真實出鋼溫度，n為測試集中樣本的數量；

步驟S5、根據得到的所述周期煙道溫度、所述初始煤氣流量，以及所述各個加熱段的目標溫度，基于PID控制算法計算得到加熱爐各個加熱段的空氣閥門開度、煤氣閥門開度和減壓閥開度，并進行實時調節達到目標出鋼溫度。

2.根據權利要求1所述一種基于機器學習模型的軋鋼加熱爐控制方法，其特征在于，所述步驟S2中的具體步驟包括：

獲取歷史數據中歷史周期煙道溫度；

根據一個周期內的煙道溫度設置增長曲線；

再根據不同鋼種種類的預設工藝參數進行分類；

若未獲取歷史數據，則利用差分方法建立增長曲線，最終得到煙道溫度曲線和周期煙道溫度，其中周期煙道溫度為一個周期內的煙道末溫。

3.根據權利要求1所述一種基于機器學習模型的軋鋼加熱爐控制方法，其特征在于，所述步驟S3中的具體步驟包括：

獲取歷史數據中歷史周期煤耗量，統計每個周期的煤耗量，取煤氣總熱值較少的50％的周期生成訓練數據集；

將訓練數據集結合所述歷史爐況指標輸入基于機器學習模型構建的煤氣流量預測模型，其中所述歷史爐況指標包括爐膛溫度、煙道溫度，以及熱值，最后計算得到初始煤氣流量。

4.根據權利要求1所述一種基于機器學習模型的軋鋼加熱爐控制方法，其特征在于，所述步驟S5中的具體步驟包括：

根據鋼坯的位置，確定鋼坯與各個加熱段的距離，以及到達各個加熱段的時間，根據距離比例設立每個加熱段對應的目標溫度，同時設置保留系數；

根據目標溫度和實際溫度的差，調整煤空比；

根據目標煙道溫度和實際煙道溫度的差，調整煤氣流量；

將空氣流量轉化為空氣閥門開度，同時設定空氣閥門上下界，空氣閥門開度的計算公式為：

V_k(t)＝V_kf(t)+a1*(F_kp(t)-F_kn(t))+b1*(F_kp(t)-F_kn(t-1))+c1*(F_kp(t)-F_kn(t-2))+d1*((F_kp(t)-F_kn(t-3)))；

其中，V_k(t)為t時刻的空氣閥門設定，V_kf(t)為t時刻的空氣閥門反饋值，F_kp(t)為t時刻的推薦空氣流量值，F_kn(t)為t時刻的實際空氣流量的值,a1、b1、c1、b1均為可調參數；

將煤氣流量轉化為煤氣閥門開度，同時設定煤氣閥門上下界，煤氣閥門開度的計算公式為：

V_M(t)＝V_mf(t)+α1*(F_mp(t)-F_mn(t))+β1*(F_mp(t)-F_mn(t-1))+γ1*(F_mp(t)-F_mn(t-2))+δ1*((F_mp(t)-F_mn(t-3)))；

其中，V_M(t)為t時刻的煤氣閥門設定，V_mf(t)為t時刻的煤氣閥門反饋值，F_mp(t)為t時刻的推薦煤氣流量值，F_mn(t)為t時刻的實際煤氣流量的值,α1、β1、γ1、δ1均為可調參數；

同時根據實際情況設置壓力閾值，并通過減壓閥開度調節壓力。