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《浙江大学》 2009年
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高炉冶炼过程的子空间辨识、预测及控制

曾九孙  
【摘要】: 钢铁工业是国民经济的重要支柱产业,也是大量消耗能源的产业。而作为钢铁生产体系中能耗最大的环节,高炉炼铁的每一个技术进步都将带来巨大的经济和社会效益。本文以内蒙古包钢6#高炉在线采集的冶炼过程数据为基础,针对高炉的实际情况及炼铁生产中工长关注的实际问题,对高炉冶炼过程的辨识、预测及控制进行研究,从而为高炉冶炼过程的闭环控制提供了一种新的思路,具有一定的理论意义和应用价值。 高炉冶炼过程自动控制的核心难题是炉温的预测和控制。其复杂性来源于几种复杂动力学的交叉。一个良好的预测模型对实际生产有重要指导价值,而如果能够得到一个有效的控制模型,其意义则更为显著。因此,高炉冶炼过程的预测控制问题成为本篇论文研究的核心问题。论文的第二章简要介绍了高炉生产流程以及高炉专家系统的最新设计思路,通过炼铁工艺机理模型、炉况诊断推理模型、系统优化的数理模型以及炉温预测控制模型的智能化集成,为实现高炉冶炼过程的闭环控制奠定基础。论文的第三章针对高炉实际数据中经常出现的缺失值和异常值分别进行处理,对于数据中的缺失值,通过将离散属性的数据进行分类从而利用C4.5决策树算法进行填充,取得了较好的填充效果。对于数据中的异常值,基于马氏距离等4种多变量异常值检测方法来判定异常值并将其从原始数据中删除。对异常值和缺失值的合理处置大大降低了数据的波动性。在此基础上,论文第四章介绍了一种较新的系统辨识方法—子空间方法。这种方法基于输入输出数据,对模型结构的先验知识需求较少,其算法实现依赖于一些简单可靠的线性代数工具因而在数值计算中具有一定的鲁棒性并且能够较好地适用于高炉冶炼过程等多变量系统。利用子空间方法对第三章的数据处理效果进行验证,结果表明数据处理能够对高炉冶炼的辨识和预测产生较好的效果。 为进一步提高辨识效果,论文第五章基于子空间方法分别对高炉冶炼过程采用Wiener模型和Hammerstein-Wiener模型结构进行辨识。对于Wiener模型辨识,通过对非线性模块的逆函数进行逼近从而显式地得到系统的非线性特性,将多输入单输出非线性问题转化成为一个多输入多输出的模型进行辨识,利用辨识得到的模型对包钢数据进行预测,预测命中率达到81%。对于Hammerstein-Wiener模型,在辨识过程中利用径向基函数良好的逼近能力及其对多变量系统的方便处理分别对Hammerstein非线性和Wiener非线性部分进行逼近,并利用BFGS最优化方法对参数进行优化。利用四种径向基函数:Laplacian径向基函数、Logistic径向基函数、Gaussian径向基函数和薄板样条径向基函数进行建模,结果表明利用薄板样条径向基函数对高炉冶炼过程进行辨识和预测得到的效果更佳,其命中率达到85%。 在探讨了高炉冶炼过程的辨识和预测问题之后,论文的第六章对高炉冶炼过程的控制做进一步的研究。在现行的生产实践中,高炉工长对冶炼过程的控制主要是以专业知识和实践经验为基础的人工控制。由于高炉工长控制水平各不相同,造成了高炉冶炼过程的不稳定。本章针对这个问题,基于子空间方法构造了一种适合于高炉冶炼过程的自适应预测控制方法,提出了一种更为简便的约束处理方法,同时在方法中对各个输入变量调整的优先级进行考虑。结合高炉的实际情况,从实际数据的计算出发得到了保持高炉高产低耗的最佳炉温水平。仿真结果表明,设计的预测控制模型能够有效降低高炉冶炼过程的波动性,而各个输入变量的调整均没有超出约束,这表明预测控制算法的有效性和可行性。此外,这种思路克服了之前预测模型的“预测—控制”模式所带来的“模型悖论问题”,即工长利用了炉温预测信息对高炉行程进行调控后,炉温的发展改变了轨迹,从而与初始预测值产生了偏差的问题。而自适应预测控制方法将静态预测-控制-动态预测结合在一起,整体考虑炉温预测控制问题,因而能达到更好的应用效果。论文第七章对全文的研究内容以及创新点做了归纳,并对课题的后续研究做了展望。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TF511

【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 黄宇;基于量子计算的热工过程辨识研究及应用[D];华北电力大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 关英辉;子空间辨识算法在铁水硅含量中的建模研究[D];内蒙古科技大学;2011年
2 关英辉;子空间辨识算法在铁水硅含量中的建模研究[D];内蒙古科技大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 高小强,郑忠,黄庆周;高炉铁水含硅量和含硫量动力学预报研究[J];钢铁;1995年04期
2 刘蓉,陈文亮,徐可欣,邱庆军,崔厚欣;奇异点快速检测在牛奶成分近红外光谱测量中的应用[J];光谱学与光谱分析;2005年02期
3 李幼凤;苏宏业;褚健;;子空间模型辨识方法综述[J];化工学报;2006年03期
4 郝晓静,张苹,王鹏,杜钢;高炉操作参数预处理及相互关系的研究[J];材料与冶金学报;2003年04期
5 郭景峰,米浦波,刘国华;基于决策树的数据遗失值填充方法的研究[J];计算机工程与科学;2002年05期
6 刘金琨,王树青;高炉专家系统知识的实例学习[J];控制理论与应用;1998年06期
7 刘祥官;罗世华;刘元和;吴晓峰;;高炉炼铁过程炉温的非线性混合控制[J];控制理论与应用;2006年03期
8 张艳;李少远;王笑波;周坚刚;;基于粒子群优化的Wiener模型辨识与实例研究[J];控制理论与应用;2006年06期
9 杨建军,刘民,吴澄;基于遗传算法的非线性模型预测控制方法[J];控制与决策;2003年02期
10 吴宗敏;函数的径向基表示[J];数学进展;1998年03期
【共引文献】
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1 王茹;延长鞍钢180t铁水罐运行寿命的调查分析[J];鞍钢技术;2004年03期
2 张立国;刘德军;张磊;张海明;范振夫;刘宝奎;;高炉风口直径和风口焦炭粒度对高炉影响规律的研究[J];鞍钢技术;2006年01期
3 孙鹏;车玉满;郭天永;李连成;孙波;;高炉渣综合利用现状与展望[J];鞍钢技术;2008年03期
4 邹祥宇;张伟;王再义;刘德军;王相力;王向锋;;碱度和Al_2O_3含量对高炉渣性能的影响[J];鞍钢技术;2008年04期
5 王再义;邢本策;王相力;张伟;张洪宇;裴海玉;;高炉喷吹煤粉的适宜粒度研究[J];鞍钢技术;2009年05期
6 张立国;翟立委;李艳茹;张飞宇;任伟;袁慧;;印度粉矿对鞍钢烧结矿低温还原粉化指标影响[J];鞍钢技术;2009年06期
7 胡德顺;王光伟;唐赞国;王浩;肖迪;;鞍凌2600m~3高炉硅砖热风炉烘炉实践[J];鞍钢技术;2012年02期
8 颜莉;李红军;赵吉寿;;烟草中水溶性灰分碱度的近红外分析[J];安徽农业科学;2011年29期
9 朱贺民;;马钢热风炉的现状和提高风温的措施[J];安徽冶金;2004年01期
10 李学付;王婷婷;;济钢球团原料结构优化模型的开发与应用[J];安徽冶金;2009年04期
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1 李小克;;SiO_2%/TFe%值是评价铁矿石质量的一个参数[A];2011年全国炼铁低碳技术研讨会会议论文集[C];2011年
2 朱玉峰;孙晓东;;霸州新利钢铁5#1068m~3高炉设计特点[A];2011年全国炼铁低碳技术研讨会会议论文集[C];2011年
3 李永超;何红林;李伊辉;李海东;李海生;;承钢2#高炉降料面停炉实践[A];2011年全国炼铁低碳技术研讨会会议论文集[C];2011年
4 毕雅巍;;邯钢5#高炉数据管理系统软件的开发[A];2011年河北省冶金信息化自动化年会论文集[C];2011年
5 王亮;王刚;郭宪臻;邹忠平;欧阳标;薛占兴;;高炉碳迁移规律及CO_2减排策略分析[A];2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集[C];2011年
6 李有庆;王训富;;宝钢一号高炉低碳生产实践[A];2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集[C];2011年
7 韩健;柳祎;;邯宝炼铁厂3200m~3高炉操作制度的优化[A];2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集[C];2011年
8 聂海亮;郭晓东;刘昕;李震;张健;;高炉鼓风除湿技术在钢铁企业中的应用[A];2011年全国冶金节能减排与低碳技术发展研讨会文集[C];2011年
9 刘川川;邓涛;李志全;贾文君;;邯钢8号高炉铁口喷溅的原因分析和处理实践[A];2011年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C];2011年
10 安辉刚;刘京国;白国成;;风口水温差在线监测系统在承钢炼铁高炉中的应用[A];2011年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C];2011年
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1 颜辉;植物油的亚油酸、亚麻酸红外光谱融合和模型优化方法的研究[D];江苏大学;2010年
2 赖生建;计算电磁学中的径向基无网格法[D];电子科技大学;2010年
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6 张志成;阵列信号多维参数估计理论与方法研究[D];吉林大学;2011年
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9 沈学会;超声振动辅助铣削加工技术及机理研究[D];山东大学;2011年
10 衷路生;状态空间模型辨识方法研究[D];中南大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 肖敏璐;利用MQ拟插值求解KdV方程[D];大连理工大学;2010年
2 韩延鹏;基于二元B样条的某些数据拟合方法[D];大连理工大学;2010年
3 何秀玉;基于循环经济理念的钢铁企业逆向物流运作模式研究[D];湘潭大学;2010年
4 史常斌;高炉控制系统的分析与应用[D];合肥工业大学;2009年
5 廖志刚;基于PLC的高炉自动化控制系统设计[D];合肥工业大学;2009年
6 夏海明;点云数据三维表面重建方法的研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
7 王世明;基于模糊控制与遗传算法的两步法预测控制在三级液位系统中的应用研究[D];哈尔滨理工大学;2010年
8 赵莹;能源预测及能源优化技术在冶金企业中的应用研究[D];长春工业大学;2010年
9 吕熠栋;氩氧精炼铁合金的喷溅预报系统的研究[D];长春工业大学;2010年
10 周微;炼铁生产流程的分散协调优化方法研究[D];浙江大学;2010年
【同被引文献】
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1 王茂华,汪保平,惠志刚;高炉专家系统的开发与应用[J];鞍钢技术;2005年01期
2 刘金琨,邓守强,田青,苏士权;高炉专家系统的数据采集与处理[J];东北大学学报;1996年05期
3 刘志远;采用径向基函数神经网络的热工过程在线辨识方法[J];动力工程;2005年06期
4 王子杰;黄宇;韩璞;王东风;;循环流化床锅炉汽温自抗扰控制器的优化设计[J];动力工程学报;2010年01期
5 杨淑媛,刘芳,焦李成;量子进化策略[J];电子学报;2001年S1期
6 杨俊安,庄镇泉,史亮;多宇宙并行量子遗传算法[J];电子学报;2004年06期
7 周明;秦民生;;高炉铁水含硅预报数学模型[J];钢铁;1986年05期
8 杨维,李歧强;粒子群优化算法综述[J];中国工程科学;2004年05期
9 杨淑媛;焦李成;刘芳;;量子进化算法[J];工程数学学报;2006年02期
10 李毅;张占鹏;;2008年我国高炉技术经济指标分析[J];中国钢铁业;2009年06期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 吴亚锋;子空间系统辨识方法及其在复杂结构中的应用[D];西北工业大学;2000年
2 薛亚丽;热力过程多变量控制系统的优化设计[D];清华大学;2005年
3 李启会;高炉冶炼过程的模糊辨识、预测及控制[D];浙江大学;2005年
4 杨华;基于子空间方法的系统辨识及预测控制设计[D];上海交通大学;2007年
5 罗世华;高炉冶炼过程的分形特征辨识及其应用研究[D];浙江大学;2006年
6 焦嵩鸣;计算智能及其在热工系统中的应用研究[D];华北电力大学(河北);2007年
7 赵敏;高炉冶炼过程的复杂性机理及其预测研究[D];浙江大学;2008年
8 袁明;车辆侧向动力学模型辨识方法的研究与应用[D];上海交通大学;2009年
9 葛志强;复杂工况过程统计监测方法研究[D];浙江大学;2009年
10 赵吉;群体智能算法研究及其应用[D];江南大学;2010年
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1 蒋静;基于量子粒子群优化的Volterra核辨识及故障诊断方法研究[D];郑州大学;2010年
2 吴永玲;数据驱动控制系统的时变辨识与饱和特性分析[D];上海交通大学;2011年
3 关英辉;子空间辨识算法在铁水硅含量中的建模研究[D];内蒙古科技大学;2011年
4 刘显著;炉温预测及智能控制的研究和实现[D];浙江大学;2003年
5 任青;智能优化理论及其在热工系统中的应用[D];华北电力大学(河北);2004年
6 徐循进;智能控制在高炉炉温预测中应用研究[D];合肥工业大学;2006年
7 渐令;支持向量机在高炉炉温预报中的应用[D];浙江大学;2006年
8 王文慧;基于小波分析理论的高炉炉温预测模型研究[D];浙江大学;2005年
9 张春燕;多阶段和多样性维持的QPSO算法研究及其在系统辨识中的应用[D];江南大学;2007年
10 栾振华;工业实时数据库的应用设计及数据处理研究[D];浙江大学;2008年
【二级引证文献】
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1 黄宇;基于量子计算的热工过程辨识研究及应用[D];华北电力大学;2012年
【二级参考文献】
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1 姚斌,杨天钧,杨尚宝,高斌;边界元方法建立高炉炉缸炉底侵蚀模型[J];北京科技大学学报;1999年03期
2 刘祥官,刘芳,刘元和,罗登武,王子金,吴晓峰;莱钢1号750m~3高炉智能控制专家系统[J];钢铁;2002年08期
3 徐广通,袁洪福,陆婉珍;近红外光谱定量校正模型适用性研究[J];光谱学与光谱分析;2001年04期
4 马恒运;研究变量间关系的通径分析方法[J];经济经纬;1995年02期
5 郜传厚,刘祥官;高炉冶炼过程的混沌性辨识 Ⅰ.饱和关联维数的确定[J];金属学报;2004年04期
6 陈谋,姜长生,吴庆宪;基于非线性控制方法的倒立摆系统控制[J];控制理论与应用;2004年05期
7 修智宏,任光,张运杰;输入采用标准模糊分划的模糊控制系统设计[J];控制理论与应用;2004年06期
8 胡德文;王正志;;非线性系统Wiener模型辨识[J];自动化学报;1991年02期
9 庄允朋,厉建栋;燃气-蒸汽联合循环发电技术的应用[J];煤气与热力;2003年09期
10 马恒运,阎梦惠,李文;多元回归模型的建立及剔除变量的应用研究[J];河南农业大学学报;1996年01期
【相似文献】
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1 ;杭钢1~#高炉炼铁优化操作效果好[J];冶金自动化;1997年05期
2 刘祥官,李吉鸾,陈叔平,刘芳,孙红军,林宪,周生琦,孔祥胜;杭钢1号高炉计算机系统应用及效益[J];钢铁;1998年01期
3 储满生;郭宪臻;沈峰满;八木顺一郎;;高炉数学模型的进展[J];中国冶金;2007年04期
4 ;高炉炼铁热风系统阀门节水节能技术研讨会在武汉召开[J];炼铁;2008年04期
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6 ;中国金属学会1000m~3以下高炉炼铁学术会议在新余召开[J];中国冶金;2003年10期
7 黄幼驹;吴依水;;高炉炼铁工人铅中毒报告[J];铁道劳动安全卫生与环保;1982年04期
8 ;1999年重点大中型钢铁企业主要技经指标(高炉炼铁)[J];钢铁;2000年07期
9 陆远;柳钢高炉炼铁配加球团矿[J];钢铁;2001年12期
10 ;第七届全国大高炉炼铁学术年会在本钢召开[J];炼铁;2006年05期
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1 杨增国;徐俊杰;王婷婷;;邯钢4#高炉炼铁技术进步[A];2011年河北省炼铁技术暨学术年会论文集[C];2011年
2 车奎生;;矿石批重在高炉实际操作中的合理选择[A];2011年全国炼铁低碳技术研讨会会议论文集[C];2011年
3 王维兴;;高炉炼铁原燃料质量变差的对策[A];2004年全国炼铁生产技术暨炼铁年会文集[C];2004年
4 周和敏;李贵奇;狄向华;;直接还原铁和高炉炼铁生产流程环境负荷评价[A];2000年材料科学与工程新进展(上)——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年
5 刘玉江;高庆军;潘光忠;;邢钢高炉上料能力二次开发[A];河北冶金学会炼铁技术暨学术年会论文集[C];2006年
6 储满生;沈峰满;艾名星;;直接还原工艺和高炉炼铁相结合的新技术——热压含碳球团应用于高炉的可行性分析[A];2006年中国非高炉炼铁会议论文集[C];2006年
7 周志坚;郭勇文;;广钢高炉炼铁技术进步[A];中国金属学会第一届青年学术年会论文集[C];2002年
8 赵仕清;;高炉复合喷吹含铁粉尘、塑料技术的研究[A];2007年中小高炉炼铁学术年会论文集[C];2007年
9 毕学工;傅连春;熊玮;金焱;;中国炼铁高炉数学模型的研究与应用现状[A];第十三届(2009年)冶金反应工程学会议论文集[C];2009年
10 裴生谦;施宏;程贵;傅玉成;;宣钢7号高炉大修停炉开炉达产操作[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集(上)[C];2009年
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1 本报记者 高大虎;高炉大型化如何摆脱焦炭困局[N];现代物流报;2011年
2 孟庆波;兰炭可替代小块焦用于高炉炼铁[N];中国冶金报;2011年
3 周渝生;高炉炼铁应全力开拓发展空间[N];中国冶金报;2006年
4 叶匡吾;精料、炼铁和降成本[N];中国冶金报;2003年
5 王维兴;高炉炼铁应关注富氧鼓风技术装备[N];中国冶金报;2004年
6 朱久发;欧盟高炉炼铁炉料结构发展趋势[N];世界金属导报;2007年
7 道尔吉;NKK公司加速推进环保措施[N];世界金属导报;2002年
8 何俊 钟钱彬;30年的痴情守候[N];工人日报;2006年
9 郭廷杰;神户制钢Itmk3工艺正在进行中期试验[N];中国冶金报;2006年
10 杨天钧 张建良 刘征建;高炉炼铁环境保护的思考[N];世界金属导报;2008年
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1 曾九孙;高炉冶炼过程的子空间辨识、预测及控制[D];浙江大学;2009年
2 杨华;基于子空间方法的系统辨识及预测控制设计[D];上海交通大学;2007年
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7 刘波;多变量系统辨识中的测试信号分析与研究[D];浙江大学;2008年
8 沈道义;基于最小化训练误差的子空间分类算法研究[D];中国科学技术大学;2008年
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10 周世梁;混沌系统的智能辨识和控制研究[D];华北电力大学(河北);2006年
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1 徐俊;整系数滤波器组研究及其在通信中的应用[D];北京邮电大学;2006年
2 朱从光;双迭代子空间跟踪[D];西安电子科技大学;2007年
3 孟浩;随机子空间方法和曲率模态分析方法在现有桥梁损伤识别中的应用研究[D];西安建筑科技大学;2009年
4 黄潇莹;基于子空间的多姿态人脸识别方法研究[D];重庆大学;2009年
5 刘洪涛;工业过程多变量系统的建模与仿真[D];北京化工大学;2006年
6 周志宇;子空间方法在热风回流焊机系统辨识中的应用研究[D];中南大学;2009年
7 杨海舟;高炉炼铁工艺中气体流程的建模研究[D];浙江大学;2010年
8 贺诗波;自组织数据挖掘在高炉炉温预测控制中的应用[D];浙江大学;2008年
9 史燕;高炉炉温预测控制模型的研究[D];杭州电子科技大学;2009年
10 冯婷;基于非参数回归的高炉炉温预测控制模型研究[D];浙江大学;2008年
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