人工智能与混沌理论在铜锍吹炼炉实时仿真与优化决策中的应用研究
发布时间：2021-04-20 21:07
铜锍吹炼过程是一类具有多变量、非线性、强耦合、大惯性、时变性和不确定性、难以实时在线控制等特点的复杂对象，铜锍吹炼过程优化决策与控制的目的是为了提高劳动生产率，实现优质高产和降低能源消耗。随着铜锍吹炼炉在我国的广泛应用和吹炼指标要求的提高，实现铜锍吹炼过程的自动化作业日趋重要。正因如此，提高铜锍吹炼过程的优化决策和计算机控制水平已成为吹炼过程发展的重要方向。 本文简要介绍了铜锍吹炼的基本原理，分析了铜锍吹炼的基本特性、吹炼过程的控制目标及其影响因素，对自热过程、炉衬温度场、气体喷射现象进行了解析，对造渣制度的优化进行了研究。在此基础上，以节能降耗为目标，在“数学模拟—全息仿真—整体优化”的思想方法和技术路线指导下，提出了铜锍吹炼过程风口区温度、熔剂加入制度、冷料加入制度与鼓风制度的优化策略：通过对来自生产实践的原始样本进行自标准化和噪音样本过滤处理后，运用机理分析和数理统计方法选择建模变量，将主成分分析法（PCA）、最优判别平面（ODP）和偏最小二乘法（PLS）应用于历史样本数据的模式识别， 建立了铜锍吹炼炉渣重量和成份的小波神经网络预测模型：提出了基于自回归AR（P）与三重指...
【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
前言
第一章 文献综述
1.1 铜工业的发展与现状
1.1.1 铜冶金的现代生产方法
1.1.2 现代铜锍吹炼方法
1.1.3 铜冶炼技术展望
1.2 人工智能与遗传算法简述
1.2.1 模式识别
1.2.2 神经网络
1.2.3 自适应小波神经网络
1.2.4 遗传算法
1.2.5 智能决策支持系统
1.3 混沌理论简述
1.3.1 混沌理论简介
1.3.2 混沌理论在优化计算中的应用
1.3.3 混沌理论在过程控制中的应用
1.4 人工智能和混沌理论在有色金属冶炼中的应用
第二章 铜锍吹炼过程优化的理论基础
2.1 铜锍吹炼过程热力学
2.2 铜锍吹炼过程的特征
2.3 铜锍吹炼过程热化学
2.4 炉衬温度场仿真
2.4.1 炉衬温度场模型
2.4.2 有关参数和边界条件的确定
2.4.3 温度场计算分析
2.5 气体喷射现象解析
2.5.1 卧式转炉中的气体侧吹喷射现象
2.5.2 特尼恩特转炉中的气体侧吹喷射现象和风口堵塞问题
2.6 造渣制度的优化
2.6.1 高品位铜锍吹炼
2.6.2 富氧鼓风作业
3O4量"> 2.6.3 控制Fe3O4量
2.6.4 渣系的选择
2.7 铜锍吹炼过程的控制目标及影响因素分析
2.7.1 合理渣型的选择
2.7.2 渣含铜
2.7.3 熔体温度
2.7.4 鼓风强度
第三章 铜锍吹炼过程优化策略研究
3.1 风口区温度优化策略
3.1.1 控制目标
3.1.2 优化策略
3.1.3 优化模型
3.2 物料加入制度优化策略
3.2.1 熔剂加入制度优化策略
3.2.2 冷料加入制度优化策略
3.3 鼓风制度优化策略
第四章 人工智能建模技术
4.1 吹炼过程数据样本预处理技术
4.1.1 样本自标准化
4.1.2 噪音样本过滤方法
4.1.3 建模变量选择
4.2 吹炼模式识别技术
4.2.1 主成分分析法（PCA）
4.2.2 最优判别平面（ODP）
4.2.3 偏最小二乘法（PLS）
4.3 小波神经网络建模方法
第五章 混沌遗传优化算法及其寻优效率评价
5.1 混沌遗传优化算法原理
5.1.1 编码方案及交换方案的确定
5.1.2 随机扰动的确定
5.1.3 混沌遗传算法
5.2 混沌遗传算法实例
5.3 混沌遗传算法寻优效率评价
5.3.1 排序选择
5.3.2 简单杂交
第六章 铜锍吹炼炉优化操作数学模型
6.1 优化操作模型建模方法
6.2 造渣期操作参数优化模型
6.2.1 最佳铜锍入炉量
6.2.2 最佳熔剂加入制度
6.2.3 最佳冷料加入制度
6.2.4 最佳鼓风制度
6.2.5 渣量及成分预测模型
6.3 造铜期操作参数优化模型
6.3.1 造渣期末残渣量和白铍量预测模型
6.3.2 最佳冷料加入制度
6.3.3 最佳鼓风制度
6.3.4 粗铜量及残渣量预报模型
6.4 优化操作模型的自学习与自适应
6.4.1 造渣期鼓风制度优化模型的自学习与自适应
6.4.2 造铜期鼓风制度优化模型的自学习与自适应
6.4.3 最佳熔剂量优化模型的自学习与自适应
6.4.4 渣量及成分预测模型的自学习与自适应
6.5 冷料熔化动力学模型
6.5.1 冷料熔化模型描述
6.5.2 熔化速率模型
6.5.3 熔化时间模型
6.5.4 熔化参数的确定
6.6 基于神经网络与机理分析方法的在线仿真检测模型
6.6.1 铜锍吹炼过程机理模型
6.6.2 基于神经网络的在线仿真检测模型
6.6.3 基于机理模型的神经网络在线仿真检测建模
6.6.4 在线仿真检测模型的自校正与维护
6.6.4.1 在线自校正
6.6.4.2 模型更新
6.7 铜锍品位动态预测——AR（p）指数平滑组合模型
6.7.1 时序分析AR（p）预测模型
6.7.2 三次指数平滑模型
6.7.3 铜锍品位的动态预测——AR（p）-指数平滑组合模型
6.8 铜连吹炉造铜期终点判断
6.8.1 造铜期烟气温度的数学模型
6.8.2 模型在生产实践中的应用
第七章 铜锍吹炼炉优化操作智能决策支持系统
7.1 系统开发步骤
7.2 系统结构与功能
7.3 系统主要模块
7.3.1 数据在线采集模块
7.3.2 炉衬温度场计算模块
7.3.3 操作制度优化决策子系统
7.3.4 实时炉况在线仿真子系统
7.3.4.1 造渣期工艺操作参数与生产状态在线仿真
7.3.4.2 造铜期工艺操作参数与生产状态在线仿真
7.3.5 成分、物相预测模块
7.3.6 自学习模块
7.3.7 造铜期终点预报模块
7.3.8 生产管理模块
7.3.9 故障诊断模块
7.3.10 操作规程培训模块
第八章 铜锍吹炼炉操作优化智能决策系统工业应用实践
8.1 应用概况
8.2 预报准确度
8.3 实际效果
8.3.1 产量提高
8.3.2 冷料处理量增加
8.3.3 炉衬使用寿命延长
8.3.4 工序操作整体水平提高
8.4 经济效益初步预测
第九章 结论与建议
9.1 结论
9.2 建议
参考文献
攻读博士学位期间发表论文
攻读博士学位期间参加研究工作
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的曲线拟合及应用[J]. 周鸣争. 安徽机电学院学报. 2000(03)
[2]采用混沌变异的进化算法[J]. 骆晨钟,邵惠鹤. 控制与决策. 2000(05)
[3]卧式转炉炉衬温度场的数值模拟[J]. 姚俊峰,梅炽,任鸿九,胡军,江金宏. 中国有色金属学报. 2000(04)
[4]复杂系统、非线性科学与智能控制理论[J]. 李士勇. 计算机自动测量与控制. 2000(04)
[5]遗传算法优化效率的定量评价[J]. 孙瑞祥,屈梁生. 自动化学报. 2000(04)
[6]我国铜业市场发展预测[J]. 罗晓玲. 世界有色金属. 2000(06)
[7]基于数据仓库的决策支持系统框架[J]. 谢榕. 系统工程理论与实践. 2000(04)
[8]混沌理论及其应用研究[J]. 唐巍,李殿璞,陈学允. 电力系统自动化. 2000(07)
[9]镍闪速熔炼过程的模糊建模[J]. 万维汉,史维祥,袁永发,杨金义. 冶金自动化. 2000(02)
[10]镍闪速熔炼过程的模糊动态质量模型与控制[J]. 万维汉,万百五,史维祥,杨金义. 西安交通大学学报. 2000(03)
本文编号：3150407
【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
前言
第一章 文献综述
1.1 铜工业的发展与现状
1.1.1 铜冶金的现代生产方法
1.1.2 现代铜锍吹炼方法
1.1.3 铜冶炼技术展望
1.2 人工智能与遗传算法简述
1.2.1 模式识别
1.2.2 神经网络
1.2.3 自适应小波神经网络
1.2.4 遗传算法
1.2.5 智能决策支持系统
1.3 混沌理论简述
1.3.1 混沌理论简介
1.3.2 混沌理论在优化计算中的应用
1.3.3 混沌理论在过程控制中的应用
1.4 人工智能和混沌理论在有色金属冶炼中的应用
第二章 铜锍吹炼过程优化的理论基础
2.1 铜锍吹炼过程热力学
2.2 铜锍吹炼过程的特征
2.3 铜锍吹炼过程热化学
2.4 炉衬温度场仿真
2.4.1 炉衬温度场模型
2.4.2 有关参数和边界条件的确定
2.4.3 温度场计算分析
2.5 气体喷射现象解析
2.5.1 卧式转炉中的气体侧吹喷射现象
2.5.2 特尼恩特转炉中的气体侧吹喷射现象和风口堵塞问题
2.6 造渣制度的优化
2.6.1 高品位铜锍吹炼
2.6.2 富氧鼓风作业
3O4量"> 2.6.3 控制Fe3O4量
2.6.4 渣系的选择
2.7 铜锍吹炼过程的控制目标及影响因素分析
2.7.1 合理渣型的选择
2.7.2 渣含铜
2.7.3 熔体温度
2.7.4 鼓风强度
第三章 铜锍吹炼过程优化策略研究
3.1 风口区温度优化策略
3.1.1 控制目标
3.1.2 优化策略
3.1.3 优化模型
3.2 物料加入制度优化策略
3.2.1 熔剂加入制度优化策略
3.2.2 冷料加入制度优化策略
3.3 鼓风制度优化策略
第四章 人工智能建模技术
4.1 吹炼过程数据样本预处理技术
4.1.1 样本自标准化
4.1.2 噪音样本过滤方法
4.1.3 建模变量选择
4.2 吹炼模式识别技术
4.2.1 主成分分析法（PCA）
4.2.2 最优判别平面（ODP）
4.2.3 偏最小二乘法（PLS）
4.3 小波神经网络建模方法
第五章 混沌遗传优化算法及其寻优效率评价
5.1 混沌遗传优化算法原理
5.1.1 编码方案及交换方案的确定
5.1.2 随机扰动的确定
5.1.3 混沌遗传算法
5.2 混沌遗传算法实例
5.3 混沌遗传算法寻优效率评价
5.3.1 排序选择
5.3.2 简单杂交
第六章 铜锍吹炼炉优化操作数学模型
6.1 优化操作模型建模方法
6.2 造渣期操作参数优化模型
6.2.1 最佳铜锍入炉量
6.2.2 最佳熔剂加入制度
6.2.3 最佳冷料加入制度
6.2.4 最佳鼓风制度
6.2.5 渣量及成分预测模型
6.3 造铜期操作参数优化模型
6.3.1 造渣期末残渣量和白铍量预测模型
6.3.2 最佳冷料加入制度
6.3.3 最佳鼓风制度
6.3.4 粗铜量及残渣量预报模型
6.4 优化操作模型的自学习与自适应
6.4.1 造渣期鼓风制度优化模型的自学习与自适应
6.4.2 造铜期鼓风制度优化模型的自学习与自适应
6.4.3 最佳熔剂量优化模型的自学习与自适应
6.4.4 渣量及成分预测模型的自学习与自适应
6.5 冷料熔化动力学模型
6.5.1 冷料熔化模型描述
6.5.2 熔化速率模型
6.5.3 熔化时间模型
6.5.4 熔化参数的确定
6.6 基于神经网络与机理分析方法的在线仿真检测模型
6.6.1 铜锍吹炼过程机理模型
6.6.2 基于神经网络的在线仿真检测模型
6.6.3 基于机理模型的神经网络在线仿真检测建模
6.6.4 在线仿真检测模型的自校正与维护
6.6.4.1 在线自校正
6.6.4.2 模型更新
6.7 铜锍品位动态预测——AR（p）指数平滑组合模型
6.7.1 时序分析AR（p）预测模型
6.7.2 三次指数平滑模型
6.7.3 铜锍品位的动态预测——AR（p）-指数平滑组合模型
6.8 铜连吹炉造铜期终点判断
6.8.1 造铜期烟气温度的数学模型
6.8.2 模型在生产实践中的应用
第七章 铜锍吹炼炉优化操作智能决策支持系统
7.1 系统开发步骤
7.2 系统结构与功能
7.3 系统主要模块
7.3.1 数据在线采集模块
7.3.2 炉衬温度场计算模块
7.3.3 操作制度优化决策子系统
7.3.4 实时炉况在线仿真子系统
7.3.4.1 造渣期工艺操作参数与生产状态在线仿真
7.3.4.2 造铜期工艺操作参数与生产状态在线仿真
7.3.5 成分、物相预测模块
7.3.6 自学习模块
7.3.7 造铜期终点预报模块
7.3.8 生产管理模块
7.3.9 故障诊断模块
7.3.10 操作规程培训模块
第八章 铜锍吹炼炉操作优化智能决策系统工业应用实践
8.1 应用概况
8.2 预报准确度
8.3 实际效果
8.3.1 产量提高
8.3.2 冷料处理量增加
8.3.3 炉衬使用寿命延长
8.3.4 工序操作整体水平提高
8.4 经济效益初步预测
第九章 结论与建议
9.1 结论
9.2 建议
参考文献
攻读博士学位期间发表论文
攻读博士学位期间参加研究工作
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于遗传算法的曲线拟合及应用[J]. 周鸣争. 安徽机电学院学报. 2000(03)
[2]采用混沌变异的进化算法[J]. 骆晨钟,邵惠鹤. 控制与决策. 2000(05)
[3]卧式转炉炉衬温度场的数值模拟[J]. 姚俊峰,梅炽,任鸿九,胡军,江金宏. 中国有色金属学报. 2000(04)
[4]复杂系统、非线性科学与智能控制理论[J]. 李士勇. 计算机自动测量与控制. 2000(04)
[5]遗传算法优化效率的定量评价[J]. 孙瑞祥,屈梁生. 自动化学报. 2000(04)
[6]我国铜业市场发展预测[J]. 罗晓玲. 世界有色金属. 2000(06)
[7]基于数据仓库的决策支持系统框架[J]. 谢榕. 系统工程理论与实践. 2000(04)
[8]混沌理论及其应用研究[J]. 唐巍,李殿璞,陈学允. 电力系统自动化. 2000(07)
[9]镍闪速熔炼过程的模糊建模[J]. 万维汉,史维祥,袁永发,杨金义. 冶金自动化. 2000(02)
[10]镍闪速熔炼过程的模糊动态质量模型与控制[J]. 万维汉,万百五,史维祥,杨金义. 西安交通大学学报. 2000(03)
本文编号：3150407
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