一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，其內(nèi)容包括：根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過(guò)程料面模型函數(shù)，建立一個(gè)參數(shù)化的預(yù)測(cè)模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方程；基于支持向量機(jī)回歸的雷達(dá)散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合獲取原始料面形狀：根據(jù)雷達(dá)所測(cè)數(shù)據(jù)求解預(yù)測(cè)模型的原始料面形狀參數(shù)：使用雷達(dá)測(cè)量高爐中不同半徑多個(gè)點(diǎn)位的料面高度信息，采用支持向量機(jī)在回歸問(wèn)題的應(yīng)用對(duì)料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線；根據(jù)布料機(jī)理關(guān)系和雷達(dá)數(shù)據(jù)確定相關(guān)參數(shù)，以此校正預(yù)測(cè)模型；基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀參數(shù)校正；得到新的料面形狀函數(shù)作為輸出結(jié)果并反饋?zhàn)鳛橄乱淮蔚脑剂厦妗?br />

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及高爐煉鐵的自動(dòng)控制領(lǐng)域，更具體地說(shuō)是涉及一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法。
技術(shù)介紹
高爐冶煉過(guò)程作為鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程的上游工序，其CO2的直接和相關(guān)排放占鋼鐵工業(yè)總排放量的90％，能耗則占鋼鐵工業(yè)總能耗的70％。所以，高爐冶煉是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的主要潛力所在。要使高爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，關(guān)鍵是對(duì)高爐進(jìn)行高效控制。而對(duì)高爐的控制，關(guān)鍵是對(duì)高爐爐溫的高效控制，也就是在保持生鐵質(zhì)量的前提下，盡量降低高爐爐溫，使其盡可能接近容許的下限，從而降低成本，減少能耗和排放，并保持高爐的順行。高爐布料作為高爐上部的主要操作，合理的爐料分布對(duì)于直接影響高爐內(nèi)部煤氣流分布，對(duì)于提高煤氣利用率，調(diào)節(jié)透氣性指數(shù)和上部溫度場(chǎng)調(diào)控至關(guān)重要。對(duì)于高溫高壓封閉條件下的高爐冶煉過(guò)程，高爐料面的形狀是肉眼不可見(jiàn)的，即使是使用雷達(dá)也很難獲取完全清晰全面的圖像。所以需要采用多種方法進(jìn)行信息融合，來(lái)獲取較為準(zhǔn)確和全面的料面形狀模型，包括布料過(guò)程機(jī)理推導(dǎo)，非平面顆粒堆積函數(shù)，基于SVM的平面散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合和離散元實(shí)驗(yàn)法料面形狀校正。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，考慮多種建模方法綜合建模的特點(diǎn)，提供一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法。為解決上述存在的技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，內(nèi)容包括如下步驟：1.根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過(guò)程料面模型函數(shù)，建立一個(gè)參數(shù)化的預(yù)測(cè)模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方程；根據(jù)顆粒堆積規(guī)律，確定高斯函數(shù)和三角函數(shù)作為爐料堆積方程的基本函數(shù)，根據(jù)爐料落點(diǎn)參數(shù)求解方法得到的爐料落點(diǎn)的置使用不同的函數(shù)描述方式；選擇原則是：當(dāng)落點(diǎn)位置為平面或者斜率較小時(shí)使用高斯函數(shù)描述方法；當(dāng)落點(diǎn)為斜面且斜率比較大時(shí)使用三角函數(shù)描述方法；2.基于支持向量機(jī)回歸(Support Vector Regression，SVR)的雷達(dá)散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合獲取原始料面形狀：根據(jù)雷達(dá)所測(cè)數(shù)據(jù)求解預(yù)測(cè)模型的原始料面形狀參數(shù)：使用雷達(dá)測(cè)量高爐中不同半徑多個(gè)點(diǎn)位的料面高度信息，采用支持向量機(jī)在回歸問(wèn)題的應(yīng)用對(duì)料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線；利用高爐所安裝的雷達(dá)裝置，采集高爐中部分坐標(biāo)點(diǎn)的料面高度信息；首先為高爐料面建立一個(gè)極坐標(biāo)系；使用雷達(dá)測(cè)量高爐中不同半徑多個(gè)點(diǎn)位的料面高度信息，再采用支持向量回歸方法對(duì)料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面曲線；由于高爐的無(wú)料鐘布料裝置都是環(huán)形布料方式，所以在同一半徑上，料面的高度是一致的，因此，極坐標(biāo)系不需要考慮角坐標(biāo)的問(wèn)題，只需要考慮不同半徑的多個(gè)點(diǎn)位；3.根據(jù)布料機(jī)理關(guān)系和雷達(dá)數(shù)據(jù)確定相關(guān)參數(shù)，以此校正預(yù)測(cè)模型；4.基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀參數(shù)校正；所述的離散元法就是把研究對(duì)象分離為剛性元素的集合，使每個(gè)元素滿足牛頓第二定律，用中心差分的方法求解各元素的運(yùn)動(dòng)方程，得到研究對(duì)象的整體運(yùn)動(dòng)形態(tài)；根據(jù)高爐布料過(guò)程實(shí)質(zhì)是爐料運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是受力學(xué)法則支配的；為了定量分析爐料分布，首先建立布料方程；爐料在高爐三維模型中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，爐料通過(guò)導(dǎo)料管進(jìn)入高爐，在溜槽上的運(yùn)動(dòng)符合運(yùn)動(dòng)定律，離開(kāi)溜槽作平拋運(yùn)動(dòng)，最終在原始料面上進(jìn)行堆積；根據(jù)布料制度設(shè)置溜槽的傾角和旋轉(zhuǎn)角速度，根據(jù)一批爐料的總量再設(shè)置顆粒數(shù)量，最后根據(jù)力學(xué)方程進(jìn)行仿真計(jì)算，得到一次布料后的高爐料面形狀三維仿真圖，讀取一個(gè)切面上的料面高度信息，將擬合料面函數(shù)曲線和采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過(guò)程料面模型函數(shù)加權(quán)整合，來(lái)校正料面形狀函數(shù)；5.得到新的料面形狀函數(shù)作為輸出結(jié)果并反饋?zhàn)鳛橄乱淮蔚脑剂厦妗Ｓ捎诓捎蒙鲜黾夹g(shù)方案，本專(zhuān)利技術(shù)提供的一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果：料面形狀對(duì)于高爐內(nèi)部煤氣流分布和溫度場(chǎng)起到?jīng)Q定性作用。以往只能通過(guò)爐長(zhǎng)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布料決策，本專(zhuān)利技術(shù)主要完善了高爐料面的獲取和表示方法；結(jié)合專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)知識(shí)設(shè)計(jì)了自動(dòng)布料決策機(jī)制；利用機(jī)理推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬驗(yàn)證，初期可以對(duì)爐長(zhǎng)的布料決策提供重要的參考意見(jiàn)，技術(shù)成熟后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)布料和定點(diǎn)布料，提高布料過(guò)程的準(zhǔn)確性、快速性。附圖說(shuō)明圖1是本專(zhuān)利技術(shù)的高爐料面建模方法過(guò)程圖；圖2是本專(zhuān)利技術(shù)的基于雷達(dá)數(shù)據(jù)的原始料面確定方法示意圖；圖3是爐料堆積模型參數(shù)確定過(guò)程的示意圖；圖4是本專(zhuān)利技術(shù)的離散元法原理圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)描述：本專(zhuān)利技術(shù)的一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，其高爐料面建模方法過(guò)程圖如圖1所示；該方法內(nèi)容包括如下步驟：步驟11根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過(guò)程料面模型函數(shù)，建立一個(gè)參數(shù)化的預(yù)測(cè)模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方程；所述確定爐料堆積方程，就是根據(jù)顆粒堆積規(guī)律確定高斯函數(shù)和三角函數(shù)作為爐料堆積方程的基本函數(shù)，根據(jù)爐料落點(diǎn)參數(shù)求解方法得到的爐料落點(diǎn)位置使用不同的函數(shù)描述方式；其選擇原則是：當(dāng)爐料落點(diǎn)位置為平面或者斜率較小時(shí)使用高斯函數(shù)描述方法；當(dāng)爐料落點(diǎn)為斜面且斜率比較大時(shí)使用三角函數(shù)描述方法；具體描述方法如下：(1)高斯函數(shù)描述方法： F ( x ) = A · exp [ ( X - B C ) 2 + E - - - ( 1 ) ]]>(2)三角函數(shù)描述方法： F ( x ) = A · s i n [ ( X - ( B - π / 2 ) C ) 2 · π ] + D · X + E - - - ( 2 ) ]]>利用符號(hào)函數(shù)sgn(x)： s g n ( x ) = 1 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，其特征在于：一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，內(nèi)容包括如下步驟：1.1、根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過(guò)程料面模型函數(shù)，建立一個(gè)參數(shù)化的預(yù)測(cè)模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方程；根據(jù)顆粒堆積規(guī)律，確定高斯函數(shù)和三角函數(shù)作為爐料堆積方程的基本函數(shù)，根據(jù)爐料落點(diǎn)參數(shù)求解方法得到的爐料落點(diǎn)位置使用不同的函數(shù)描述方式；選擇原則是：當(dāng)落點(diǎn)位置為平面或者斜率較小時(shí)使用高斯函數(shù)描述方法；當(dāng)落點(diǎn)為斜面且斜率比較大時(shí)使用三角函數(shù)描述方法；具體描述方法如下：(1)高斯函數(shù)描述方法：F(x)=A·exp[(X-BC)2+E---(1)]]>(2)三角函數(shù)描述方法：F(x)=A·sin[(X-(B-π/2)C)2·π]+D·X+E---(2)]]>利用符號(hào)函數(shù)sgn(x)：sgn(x)=1x>00x=0-1x<0---(3)]]>將(1)式和(2)式兩種函數(shù)結(jié)合得到如下料面形狀預(yù)測(cè)模型：F(x)=sgn|f′(x)|·{A·sin[(X-(B-π/2)C)2·π]+D·X+E}+(1-sgn|f′(x)|)·{A·exp[(X-BC)2]+E}---(4)]]>(4)式中待確定的參數(shù)為A、B、C、D和E五個(gè)參數(shù)，其中：A是堆積輪廓最高點(diǎn)，根據(jù)爐料總量確定；B是爐料落點(diǎn)位置，根據(jù)爐料落點(diǎn)位置確定；C是爐喉半徑，為高爐固定數(shù)據(jù)常數(shù)；D是落點(diǎn)料面斜率，根據(jù)原始料面形狀確定；E是料線深度，可以根據(jù)探尺檢測(cè)；1.2、基于支持向量機(jī)回歸的雷達(dá)散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合獲取原始料面形狀：根據(jù)雷達(dá)所測(cè)數(shù)據(jù)求解預(yù)測(cè)模型的原始料面形狀參數(shù)：使用雷達(dá)測(cè)量高爐中不同半徑多個(gè)點(diǎn)位的料面高度信息，采用支持向量機(jī)在回歸問(wèn)題的應(yīng)用對(duì)料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面曲線；利用高爐所安裝的雷達(dá)裝置，采集高爐中部分坐標(biāo)點(diǎn)的料面高度信息；首先為高爐料面建立一個(gè)極坐標(biāo)系；使用雷達(dá)測(cè)量高爐中不同半徑多個(gè)點(diǎn)位的料面高度信息，再采用支持向量回歸方法對(duì)料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線；1.3、根據(jù)布料機(jī)理關(guān)系和雷達(dá)數(shù)據(jù)確定相關(guān)參數(shù)，以此校正預(yù)測(cè)模型；1.4、基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀參數(shù)校正；所述的離散元法就是把研究對(duì)象分離為剛性元素的集合，使每個(gè)元素滿足牛頓第二定律，用中心差分的方法求解各元素的運(yùn)動(dòng)方程，得到研究對(duì)象的整體運(yùn)動(dòng)形態(tài)；根據(jù)高爐布料過(guò)程實(shí)質(zhì)是爐料運(yùn)動(dòng)過(guò)程，這個(gè)過(guò)程是受力學(xué)法則支配的；為了定量分析爐料分布，首先建立布料方程；爐料在高爐三維模型中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，爐料通過(guò)導(dǎo)料管進(jìn)入高爐，在溜槽上的運(yùn)動(dòng)符合運(yùn)動(dòng)定律，離開(kāi)溜槽作平拋運(yùn)動(dòng)，最終在原始料面上進(jìn)行堆積；根據(jù)布料制度設(shè)置溜槽的傾角和旋轉(zhuǎn)角速度，根據(jù)一批爐料的總量再設(shè)置顆粒數(shù)量，最后根據(jù)力學(xué)方程進(jìn)行仿真計(jì)算，得到一次布料后的高爐料面形狀三維仿真圖，讀取一個(gè)切面上的料面高度信息，將擬合料面函數(shù)曲線和采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過(guò)程料面模型函數(shù)加權(quán)整合，來(lái)校正料面形狀函數(shù)；1.5、得到新的料面形狀函數(shù)作為輸出結(jié)果并反饋?zhàn)鳛橄乱淮蔚脑剂厦妗?/span>...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，其特征在于：一種多信息融合的高爐布料過(guò)程料面形狀建模方法，內(nèi)容包括如下步驟：1.1、根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過(guò)程料面模型函數(shù)，建立一個(gè)參數(shù)化的預(yù)測(cè)模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方程；根據(jù)顆粒堆積規(guī)律，確定高斯函數(shù)和三角函數(shù)作為爐料堆積方程的基本函數(shù)，根據(jù)爐料落點(diǎn)參數(shù)求解方法得到的爐料落點(diǎn)位置使用不同的函數(shù)描述方式；選擇原則是：當(dāng)落點(diǎn)位置為平面或者斜率較小時(shí)使用高斯函數(shù)描述方法；當(dāng)落點(diǎn)為斜面且斜率比較大時(shí)使用三角函數(shù)描述方法；具體描述方法如下：(1)高斯函數(shù)描述方法： F ( x ) = A · exp [ ( X - B C ) 2 + E - - - ( 1 ) ]]>(2)三角函數(shù)描述方法： F ( x ) = A · s i n [ ( X - ( B - π / 2 ) C ) 2 · π ] + D · X + E - - - ( 2 ) ]]>利用符號(hào)函數(shù)sgn(x)： sgn ( x ) = 1 x > 0 0 x = ...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：華長(zhǎng)春，李祥龍，李軍朋，胡海洋，趙彥兵，關(guān)新平，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：燕山大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：河北;13