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《中南大学》 2001年
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智能集成建模理论及其在有色冶炼过程优化控制中的应用研究

王雅琳  
【摘要】: 在工业过程自动化方面,稳态优化控制已成为连续生产企业挖掘潜力、降低成本、增 产增效、提高竞争能力的重要途径。但是,由于工业过程反应机理复杂,非线性、时变、 强耦合严重,建立生产目标与操作参数间的稳态关系模型非常困难,从而影响了复杂工业 过程优化控制的实现。因此,为实现复杂工业过程的稳态优化控制,本文重点研究了工业 过程的智能集成建模方法及其工业应用。 首先,论文系统地分析和总结了过程控制、稳态优化控制、工业过程模型化研究以及 有色金属冶炼过程控制的研究现状以及存在的问题,针对现有建模方法存在的缺陷、复杂 工业过程的特点以及优化控制对模型的要求,提出智能集成建模的思想,较全面和系统地 建立了智能集成建模理论的基本框架,即给出了智能集成建模的一般定义和六种集成形 式:并联补式集成、加权并集成、串联集成、模型嵌套式集成、结构网络化集成以及部分 方法替代式集成;同时,还给出了智能集成建模的形式化描述以及工程实现。该理论框架 为新的建模方法的派生提供指导。 接着,在所提出的智能集成建模理论框架的指导下,根据NN的研究现状以及在工业 过程建模中存在的问题,以神经网络建模方法为基础探讨了三类智能集成方法,即(a)多 个神经网络之间的集成;(b)神经网络与传统建模方法间的集成;(c)神经网络与其它智能 技术(如模糊技术)间的集成。第一类集成中提出了一种自适应的监督式分布神经网络 ASDNN建模方法。该方法按照监督式聚类方法将学习样本集划分为多个具有不同特征值 的子空间,然后建立一组神经网络模型,并按模糊组合方式将多个NN连接。ASDNN模 型克服了单个神经网络在工业过程建模中出现的结构庞大、收敛慢、过拟合等问题,并且 监督式聚类不需预先设定样本集的聚类中心个数,同时,保证了基于数据的样本空间划分 的有效性和合理性;另外,ASDNN采用不同自适应学习机制实时修正网络模型,进一步 提高了模型的实时预测能力。第二类给出了嵌套式、并集补以及结构网络化三种传统方法 与神经网络集成建模的形式,并提出了一种用最小二乘法对神经网络输入加权的集成建模 方法,该方法预测精度高,收敛速度较快,适合于非线性严重,特别是输入变量较多的工 业过程。第三类集成中主要研究了一种模糊系统的网络化集成建模方法。该方法以ANFIS 网络五层结构实现Sugeno 0型和Sugeno Ⅰ型模糊模型的网络化;基于已有的专家知识或采 用竞争学习聚类方法初始化网络前件参数同时确定最初网络结构;在初始网络结构保证了 网络学习可免于陷入局部极值的前提下,采用提出的加动量项模糊增强型BP算法和最小 二乘混合学习算法提高学习速度,并用赤池信息准则AIC确定最优的网络结构;最后针对 工业过程的时变性,还增加了网络参数的递推修正以及结构的增长式修正。用该方法建模, 网络结构简单,易于学习,能较好实现模糊推理,可避免陷于局部极值点。 工业应用部分,论文以有色冶炼过程的优化控制为背景,以工业过程模型化研究为重 点,探讨了锌电解过程分时供电优化调度和铅锌火法冶炼过程的建模与优化控制问题。针 王雅琳:智能集成建模理论及其在有色冶炼过程优化控制中的应用研究 对具体的研究对象,进行了多种智能集成建模方法及其工业应用的研究,包括:昨)锌电 解过程电流效率与电流密度和酸锌比间的模糊神经网络模型;O)基于经验机理模型和 ASDNN的烧结块铅锌成分智能集成模型;k)由基于物料平衡和神经网络的数学模型和基 于专家经验的规则模型并联组成的烧结块殁硫软测量集成模型;N)基于最优权重的烧穿 点位置与透气性和台车速度的模糊规则与神经网络并联集成模型;忙)鼓风透气性与批重 和批次的输入加权式神经网络模型。工业应用结果证明了这些智能集成建模方法的可行 性、优越性和实用性。文中还在建立了过程优化模型的基础上,分别采用模拟退火算法、 专家推理和遗传算法求解了三个不同的过程优化问题。其中,锌电解过程分时供电优化调 度系统己投入生产运行,为锌电解过程带来显著的经济效益;而铅锌火法冶炼过程的优化 控制只给出部分优化仿真结果和优化控制思路,尽管如此,他们验证了智能集成模型用于 过程优化中的可行性,并能为控制的具体实施提供重耍指导。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2001
【分类号】:TP273.5

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 滕婧;桂卫华;王雅琳;张定华;;基于组件的集成建模与智能优化软件平台设计[J];计算机仿真;2006年03期
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9 杜玉晓,吴敏,桂卫华;铅锌烧结过程透气性状态及热状态优化控制[J];信息与控制;2004年04期
10 张定华;桂卫华;李勇刚;阳春华;王雅琳;;闪速熔炼气流干燥优化控制系统的设计与实现[J];信息与控制;2006年03期
中国重要会议论文全文数据库 前3条
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3 张定华;桂卫华;李勇刚;阳春华;王雅琳;;闪速熔炼气流干燥优化控制系统的设计与实现[A];2005全国有色金属自动化技术与应用学术年会论文集[C];2005年
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1 邓鹏程;基于数据的铅锌熔炼过程自适应在线监控与故障诊断[D];中南大学;2011年
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4 杜玉晓;铅锌烧结过程智能集成优化控制技术及其应用研究[D];中南大学;2004年
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7 袁艳;先进控制理论在复杂工业控制系统中的应用研究[D];中南大学;2006年
8 彭晓波;铜闪速熔炼过程智能优化方法及应用[D];中南大学;2008年
9 朱红求;锌冶炼除钴过程建模与智能优化方法研究及应用[D];中南大学;2010年
10 孔玲爽;氧化铝生料浆配料过程不确定优化方法研究及应用[D];中南大学;2010年
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1 张长庚;基于遗传算法的浙江水利水电专科学校排课系统设计与实现[D];电子科技大学;2010年
2 蒋有为;基于半监督学习的工况识别方法研究及铜闪速熔炼过程中的应用[D];中南大学;2011年
3 胡友;氧化铝生产碳酸化分解过程操作参数优化设定及控制策略研究[D];中南大学;2011年
4 许珂;砷盐净化除铜过程铜离子浓度预测模型的研究及应用[D];中南大学;2011年
5 李瑞娟;基于锌产量预测模型的密闭鼓风炉炉况优化研究[D];中南大学;2005年
6 阮珑;煤气炉集散控制系统的的研究及应用[D];中南大学;2004年
7 吴湘华;密闭鼓风炉炉况智能优化操作指导系统[D];中南大学;2004年
8 关泽安;煤气炉自动加煤控制系统的研究与实现[D];中南大学;2004年
9 孔玲爽;烧结法氧化铝生料浆质量预测及应用研究[D];中南大学;2005年
10 文敏;SVM-FuzzyES技术在污水处理工艺故障诊断中的应用[D];重庆大学;2006年
【参考文献】
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【共引文献】
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10 高朋;黄世祥;;地区现代化水平BP人工神经网络评价方法初探[J];安徽农业大学学报(社会科学版);2006年03期
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1 吴德会;;非线性动态系统的SVR辨识法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 吴敏;徐辰华;;铅锌烧结过程产量质量的神经网络预测方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 刘羿彤;付梦印;高宏斌;;一种改进的PSO算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 洪露;穆志纯;;一种新的克隆混沌调节算法的研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 张明;周永权;;一种新型的全局优化算法—区间进化算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 杨阳;陈宗海;张海涛;;复杂系统仿真的前端智能化综述[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
7 孟凡华;吴学礼;杜太行;;一种新型联想记忆神经网络在非线性系统辨识中的研究[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
8 沈霖;吴蕙;张帆;张芸;;提高有限元网格自动剖分成功率的研究[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
9 鲍林江;贾世发;;电网经济运行实时分析监测系统的研究[A];2003中国电机工程学会电力系统自动化专委会供用电管理自动化分专业委员会成立暨第一届学术交流会议论文集[C];2003年
10 张影;;基于Oracle的空间碎片减缓设计专家数据库系统[A];2007北京地区高校研究生学术交流会通信与信息技术会议论文集(上册)[C];2008年
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1 张杏莉;几何约束求解关键问题研究[D];山东科技大学;2010年
2 孙鹏飞;基于计算智能技术的蛋白质结构预测方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
4 陈韶斌;基于知识推理和视觉机理的遥感图像目标识别方法研究[D];华中科技大学;2010年
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6 高京广;非线性随机系统的稳定、镇定与优化[D];华南理工大学;2010年
7 尹可挺;Internet环境中基于QoS的Web服务组合研究[D];浙江大学;2010年
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9 李熹平;快速热循环注塑模具及工艺关键技术研究[D];山东大学;2010年
10 栾小丽;基于神经网络的复杂非线性系统鲁棒控制与滤波研究[D];江南大学;2010年
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1 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
2 王洋;基于潜在语义分析的智能搜索技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 林华云;蒸汽发生器检修机械臂的视觉测量研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
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1 魏晋宏;预测控制在工业生产过程中的应用研究[D];太原理工大学;2011年
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7 何朝华;密闭鼓风炉熔炼过程炉况智能监视及预报系统[D];中南大学;2002年
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10 李军;一种基于神经网络的专家系统的设计与实现[D];北京工业大学;2003年
【二级引证文献】
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4 刘天龙;沈文浩;;污水处理过程中故障诊断专家系统的应用[J];造纸科学与技术;2011年02期
5 贺毅;赵望达;刘勇求;;基于先进信息处理技术的软测量应用探讨[J];工业计量;2006年02期
6 卢帆兴;陈闻;;基于不确定性信息的水泥生料配料过程智能优化系统[J];工业控制计算机;2011年11期
7 康朝海;滕飞;张东旭;公丽颖;;不确定性推理方法在油田应急指挥系统的应用[J];长江大学学报(自然科学版);2012年08期
8 王伟;吴敏;雷琪;曹卫华;;炼焦生产过程质量产量能耗的集成优化控制[J];化工学报;2008年07期
9 曹原;杜永进;曾庆虎;宋金雷;;雷达装备智能集成故障诊断[J];火力与指挥控制;2011年02期
10 万中;孟福真;郝爱云;王雅琳;;基于模糊成分的氧化铝烧结法配料优化[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年03期
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1 王春生;吴敏;曹卫华;;基于集成预测模型与专家推理策略的铅锌烧结配料优化方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 袁铸钢;李永亮;于宏亮;;水泥回转窑检测参数的分类与识别[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
3 何鹏;王雅琳;桂卫华;孔玲爽;;氧化铝硅渣成分的混沌时间序列分析与SVM预测[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
4 陈新;谢永芳;;基于数据的铜闪速熔炼操作模式的匹配策略[A];2011中国有色金属行业仪表自动化学术会议论文集[C];2011年
5 张定华;桂卫华;李勇刚;阳春华;王雅琳;;闪速熔炼气流干燥优化控制系统的设计与实现[A];2005全国有色金属自动化技术与应用学术年会论文集[C];2005年
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3 王伟;炼焦过程综合生产目标的智能预测与协调优化研究[D];中南大学;2011年
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2 向婕;吴敏;;面向综合生产指标优化的烧结过程智能集成控制设计[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
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4 杜晓宁;李少远;席裕庚;;基于认知效用的满意控制[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
5 陈永生;;档案利用的合理性与档案利用优化研究[A];海峡两岸档案暨缩微学术交流会论文集[C];2005年
6 王泽宁;费树岷;冯纯伯;;一类开关混杂系统的稳定性准则和优化控制设计[A];2001中国控制与决策学术年会论文集[C];2001年
7 朱永忠;;在高温条件下系统高负荷运行的优化控制[A];全国化肥工业技术交流会论文资料集[C];2004年
8 黄光辉;彭军明;叶宏勇;;棒材自动化系统的倍尺优化控制[A];全国炼钢连铸过程自动化技术交流会论文集[C];2006年
9 张弋力;;火电厂仪用空压机优化控制[A];第四届安徽科技论坛安徽省电机工程学会分论坛论文集[C];2006年
10 彭立明;邹启明;温宏权;毛协民;徐匡迪;;单晶连铸技术的研究现状与展望[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 曾鸣;英孚美出台商务智能集成方案[N];人民邮电;2000年
2 克松;中南大学获国家科技奖项目介绍[N];中国有色金属报;2005年
3 向忠宏 本报记者 秦宜德;优化控制方案实现主动节能[N];中国房地产报;2005年
4 ;专家推荐:春季“保肝”措施[N];上海中医药报;2004年
5 师晓京;专家推崇国产疫苗[N];农民日报;2001年
6 郭靖茂;全国有色金属自动化技术与应用学术年会召开[N];中国有色金属报;2005年
7 梁文;专家推荐刷卡7大技巧[N];华夏时报;2003年
8 迅达;专家推荐的5种高营养草[N];中国特产报;2000年
9 中国建材研究院 李桂兰;优化控制是水泥生产自动化的目标(上)[N];中国建材报;2004年
10 松林;专家推荐五种高营养饲草[N];中国乡镇企业报;2003年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王雅琳;智能集成建模理论及其在有色冶炼过程优化控制中的应用研究[D];中南大学;2001年
2 杜玉晓;铅锌烧结过程智能集成优化控制技术及其应用研究[D];中南大学;2004年
3 李明海;中央空调水系统的优化控制与节能技术研究[D];西安建筑科技大学;2011年
4 刘晓颖;复杂过程的智能故障诊断技术及其在大型工业窑炉中的应用研究[D];中南大学;2003年
5 尹增山;混杂系统优化控制理论研究[D];浙江大学;2001年
6 胡知能;创新产品市场扩散模型及其应用[D];四川大学;2005年
7 唐国宁;时空混沌与二维湍流控制的研究[D];北京师范大学;2006年
8 杨振中;氢燃料发动机燃烧与优化控制[D];浙江大学;2001年
9 龚德英;多媒体学习中认知负荷的优化控制[D];西南大学;2009年
10 张辉;以减阻增升减振为目标的尾流的电磁优化控制[D];南京理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 聂雪媛;常减压蒸馏装置的优化控制和先进控制[D];北京化工大学;2002年
2 徐筱涛;县区电网电压无功优化控制分析[D];四川大学;2005年
3 杨辉;制氧项目控制体系设计[D];四川大学;2005年
4 杨军;乙醛氧化制醋酸装置的软测量先进控制和优化控制[D];北京化工大学;2001年
5 王君;分段线性系统的控制问题研究[D];南京理工大学;2005年
6 李善军;温室温湿度两级优化监控系统的研究[D];华中农业大学;2005年
7 宋江平;制粉系统全程控制方案研究[D];武汉大学;2004年
8 闫秀英;全空气中央空调系统仿真与优化控制[D];西安建筑科技大学;2006年
9 杨凯尧;精馏生产过程稳态建模及其优化[D];吉林大学;2006年
10 李瑞;双进双出磨煤机料位检测与控制[D];沈阳工业大学;2008年
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