本發(fā)明屬于高爐冶煉自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù):
布料操作是高爐煉鐵四大基本操作制度之一,決定著料面的形狀和高爐內(nèi)部爐料的層狀分布。直接影響高爐上部的煤氣流分布、煤氣利用率。通過布料制度來調(diào)整料面形狀,使高爐內(nèi)部煤氣流合理分布,增加煤氣的利用率,達(dá)到高產(chǎn)高效的效果,對(duì)高爐的穩(wěn)定順行有著深遠(yuǎn)的意義。然而,高爐是一個(gè)伴隨著高溫、高壓、密閉的大型反應(yīng)器,由于測量儀器的限制,現(xiàn)今正常生產(chǎn)中難以直接對(duì)高爐內(nèi)部進(jìn)行觀察。因而,由布料操作調(diào)節(jié)布料矩陣得到的料面形狀也無法預(yù)知。現(xiàn)今操作人員主要根據(jù)探尺高度和十字測溫溫度結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)間接估計(jì)料面形狀,具有極強(qiáng)的主觀性和偶然性,導(dǎo)致時(shí)常無法進(jìn)行合理的布料操作。因此,必須建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型,得到不同布料矩陣下的料面形狀,指導(dǎo)操作人員進(jìn)行合理的布料操作。
專利公開號(hào)CN106011350A提出了一種高爐布料的料面形狀的估計(jì)方法,已經(jīng)可以得到不同布料矩陣下的料面形狀,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了料面形狀的可視化。然而,該方法還無法實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)操作人員對(duì)布料矩陣進(jìn)行調(diào)整,使調(diào)整后的布料矩陣下的料面形狀達(dá)到理想料面形狀。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)上述問題,本發(fā)明提出一種高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法及系統(tǒng),使優(yōu)化所得布料矩陣下的料面形狀接近于理想料面形狀,最終使高爐達(dá)到穩(wěn)定、順行、高產(chǎn)、高效的效果。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法,包括:
設(shè)定理想料面形狀;
以最小化下一批爐料的料面形狀與理想料面形狀的偏差為目標(biāo),優(yōu)化布料矩陣;
優(yōu)化得到的最優(yōu)布料矩陣作為下一批爐料的布料矩陣。
采用粒子群算法優(yōu)化布料矩陣:隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置,粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
所述采用粒子群算法優(yōu)化布料矩陣,包括:
隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置;
獲取下一批爐料的布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣;
計(jì)算下一批爐料根據(jù)粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀;
以粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
所述計(jì)算下一批爐料根據(jù)粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀,包括:
根據(jù)下一批爐料的布料過程參數(shù)計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度;
根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中心喉管末端的速度;
根據(jù)爐料在中心喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度;
根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度;
根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo);
計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀,即下一批爐料在粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣下的料面形狀。
本發(fā)明還提供一種高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化系統(tǒng),包括:
設(shè)定單元:設(shè)定理想料面形狀;
優(yōu)化單元:以最小化下一批爐料的料面形狀與理想料面形狀的偏差為目標(biāo),優(yōu)化布料矩陣;
輸出單元:優(yōu)化得到的最優(yōu)布料矩陣作為下一批爐料的布料矩陣輸出。
所述優(yōu)化單元,采用粒子群算法優(yōu)化布料矩陣:隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置,粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
所述優(yōu)化單元,包括:
初始化模塊:隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置;
獲取模塊:獲取下一批爐料的布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣;
料面形狀計(jì)算模塊:計(jì)算下一批爐料根據(jù)粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀;
迭代優(yōu)化模塊:以粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
所述料面形狀計(jì)算模塊,包括:
第一計(jì)算模塊:根據(jù)下一批爐料的布料過程參數(shù)計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度;
第二計(jì)算模塊:根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中心喉管末端的速度;
第三計(jì)算模塊:根據(jù)爐料在中心喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度;
第四計(jì)算模塊:根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度;
第五計(jì)算模塊:根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo);
第六計(jì)算模塊:計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀,即下一批爐料在粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣下的料面形狀。
有益效果:
本發(fā)明為高爐布料矩陣的調(diào)節(jié)提供了依據(jù),操作人員可根據(jù)本發(fā)明提供的方法及系統(tǒng)所優(yōu)化得到的布料矩陣,實(shí)現(xiàn)高爐布料操作中布料矩陣的調(diào)節(jié),本發(fā)明優(yōu)化所得布料矩陣下的料面形狀接近于理想料面形狀。使高爐煤氣流合理分布,提高原料利用率,達(dá)到高爐高產(chǎn)、高效的效果。
附圖說明
圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式中理想料面形狀圖;
圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式中基本料面形狀截面圖;
圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式中第一個(gè)溜槽傾角下料面形狀截面圖;
圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式中多環(huán)布料料面的增長機(jī)理截面圖;
圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式中當(dāng)前料面形狀與理想料面形狀比較圖;
圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式中優(yōu)化過程迭代圖;
圖7為本發(fā)明具體實(shí)施方式中優(yōu)化效果圖;
圖8為本發(fā)明具體實(shí)施方式中高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法流程圖;
圖9為本發(fā)明具體實(shí)施方式中高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法步驟2流程圖;
圖10為本發(fā)明具體實(shí)施方式中高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法步驟2-3流程圖;
圖11為本發(fā)明具體實(shí)施方式中高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化系統(tǒng)框圖;
圖12為本發(fā)明具體實(shí)施方式中優(yōu)化單元框圖;
圖13為本發(fā)明具體實(shí)施方式中料面形狀計(jì)算模塊框圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說明。
本實(shí)施方式中針對(duì)串罐無鐘式高爐實(shí)施本發(fā)明的方法及系統(tǒng),爐料經(jīng)傳送帶依次到達(dá)上料罐、下料罐、中心喉管和旋轉(zhuǎn)溜槽,最終爐料布向爐喉內(nèi)部。該高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法,如圖8所示,包括:
步驟1、結(jié)合給料信息和當(dāng)前爐況設(shè)定理想料面形狀;
串罐無鐘式高爐的爐喉位置料面形狀在理想料面下是可以保證良好的煤氣流分布和原料利用率。通常理想料面形狀中心程“漏斗”型,兩邊為“平臺(tái)”型,如圖1所示,設(shè)定的徑向理想料面形狀γb(x)表達(dá)式為:
其中,為爐料的內(nèi)堆角,為爐料的外堆角,x為到高爐中心的距離,R為爐喉半徑;
步驟2、以最小化下一批爐料的料面形狀與理想料面形狀的偏差為目標(biāo),優(yōu)化布料矩陣;
設(shè)定目標(biāo)函數(shù)為:
約束條件為:
其中,ψ(x,αi,mi)為料面形狀函數(shù),αi為第i個(gè)溜槽傾角,mi為第i個(gè)溜槽傾角所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù);i=1,2,……n,其中n為布料過程中設(shè)定的布料檔位數(shù),n通常取4~7。
本實(shí)施方式中采用粒子群算法優(yōu)化布料矩陣:隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置,粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
所述采用粒子群算法優(yōu)化布料矩陣,如圖9所示,包括:
步驟2-1、隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置;
根據(jù)柳鋼2#高爐實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)設(shè)置:學(xué)習(xí)因子c1=c2=2,慣性權(quán)重最大值ωmax=0.9,最小值ωmin=0.4,最大迭代次數(shù)為100次,種群個(gè)數(shù)N=100,粒子的維數(shù)D=10,第i個(gè)粒子的位置xi=(αi1,αi2,…,αi5,mi1,mi2,…,mi5),其中αi1,αi2,…,αi5代表溜槽傾角,取值范圍的[10°,45°],且均為整數(shù),mi1,mi2,…,mi5代表各溜槽傾角對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù),取值范圍為[1,4],且均為整數(shù),粒子的速度范圍[vmin,vmax]為[0,2]。在粒子位置的取值范圍和速度的取值范圍內(nèi)對(duì)粒子的位置和速度進(jìn)行初始化。
粒子的初始位置中前維中各個(gè)溜槽傾角必須為[10°,45°]范圍內(nèi)的隨機(jī)整數(shù),后維對(duì)應(yīng)溜槽傾角下的旋轉(zhuǎn)圈數(shù),取值應(yīng)為[1,4]范圍內(nèi)的隨機(jī)整數(shù)。
步驟2-2、獲取下一批爐料的布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣;
下一批爐料的布料過程參數(shù),包括:爐料批重M、中心喉管長度H、節(jié)流閥開度κ、組成節(jié)流閥的半球形料閥的半徑R1、爐喉半徑R、溜槽長度L、溜槽轉(zhuǎn)速w、溜槽傾動(dòng)距b、溜槽摩擦系數(shù)μ、料線深度h0和爐料通過節(jié)流閥的時(shí)間T。
下一批爐料的爐料參數(shù)包括:爐料的平均密度ρ、爐料的內(nèi)堆角和外堆角
粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣,包括:溜槽傾角α=[α1,α2,...,αi,...αn]以及每個(gè)溜槽傾角所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)m=[m1,m2,...,mi,...mn],10°≤αi≤45°,1≤mi≤4。
步驟2-3、計(jì)算下一批爐料根據(jù)粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀;
具體步驟如圖10所示,包括:
步驟2-3-1、根據(jù)下一批爐料的布料過程參數(shù)計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度;
根據(jù)節(jié)流閥開度κ、組成節(jié)流閥的半球形料閥的半徑R1、爐料的批重M、爐料的密度ρ、爐料通過節(jié)流閥的時(shí)間T計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度其中S0為節(jié)流閥橫截面積。
步驟2-3-2、根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度v0計(jì)算爐料在中心喉管末端的速度v1;
爐料經(jīng)過中心喉管可以近似看成爐料做自由落體運(yùn)動(dòng),只受重力作用,下落高度為中心喉管長度H,滿足如下關(guān)系:g=9.8m/s2為重力加速度。
步驟2-3-3、根據(jù)爐料在中心喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度v2;
爐料在與溜槽撞擊的過程中速度將有損失,且方向?qū)l(fā)生變化,滿足如下關(guān)系:v2=kcosαv1,k為爐料碰撞速度衰減系數(shù),k=0.8。
步驟2-3-4、根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度v3;
爐料在溜槽上運(yùn)動(dòng)時(shí),分別受到自身重力、溜槽的支持力、摩擦力、科氏力以及由溜槽旋轉(zhuǎn)引起的離心力,將這些力進(jìn)行分解,爐料將沿溜槽方向做加速運(yùn)動(dòng),滿足如下關(guān)系:
步驟2-3-5、根據(jù)爐料在溜槽末端的速度v3計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo);
爐料離開溜槽后受重力和上升煤氣的拽力作用,在空區(qū)中做斜拋運(yùn)動(dòng),由于煤氣的拽力較小可忽略不記。故可近似認(rèn)為爐料只受到重力。由運(yùn)動(dòng)學(xué)方程得到n個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo)xn為:
步驟2-3-6、計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀,即下一批爐料在粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣下的料面形狀。
步驟2-3-6-1、構(gòu)建基本料面形狀;
如圖2所示,爐料在爐喉中的料面形狀的截面輪廓可近似看作由直線CB、CA組成,爐料的內(nèi)外堆角為這兩條直線與水平面的夾角。
構(gòu)建基本料面形狀的函數(shù)為:
式中,m=1為溜槽的旋轉(zhuǎn)圈數(shù),線段BCA為基本料面形狀,(xn,yh)為爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)C坐標(biāo),rL為直線CB與水平線OL交點(diǎn)的橫坐標(biāo),rR為直線CA與爐墻交點(diǎn)的橫坐標(biāo)。
步驟2-3-6-2、構(gòu)建輸出的料面形狀與基本料面形狀之間的關(guān)系即料面形狀函數(shù),輸出的料面形狀函數(shù)所描述的料面形狀為基本料面形狀的疊加;
料面形狀主要由布料矩陣決定,最終的料面形狀為基本料面形狀的疊加,構(gòu)建料面形狀函數(shù)如下:
式中,γ(x)為料面形狀函數(shù),α=[α1,α2,...,αi,...αn]為溜槽傾角,m=[m1,m2,...,mi,...mn]為溜槽傾角對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。
步驟2-3-6-3、構(gòu)建粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件,即每個(gè)溜槽傾角下的布料體積等于該溜槽傾角下料面形狀與上一溜槽傾角下料面形狀間隔的體積積分;
由于爐料在運(yùn)動(dòng)過程中體積不發(fā)生變化,故輸出的料面形狀與初始料面形狀(水平面)之間爐料的體積與爐料進(jìn)入上料罐的體積相等,爐料體積滿足如下約束:
V=M/ρ (8)
式中,V為爐料體積。
根據(jù)公式(8)、(9)構(gòu)建每個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件,即每個(gè)溜槽傾角下的布料體積等于該溜槽傾角下料面形狀與上一溜槽傾角下料面形狀間隔的體積積分:
布料體積約束條件如下:
式中,mi為第i個(gè)溜槽傾角下的旋轉(zhuǎn)圈數(shù),γi(x)為第i個(gè)溜槽傾角下輸出的料面形狀。
步驟2-3-6-4、根據(jù)第一個(gè)溜槽傾角下的布料體積約束條件,計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo);
第一個(gè)溜槽傾角下爐料滿足的體積約束如下:
隨著布料的進(jìn)行,料堆高度yh1逐漸增加。布料完成時(shí),通過迭代爐料堆尖高度yh1,可求得第一個(gè)溜槽傾角下所形成料堆堆尖的高度yh1即第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo),則堆尖點(diǎn)C1 C1(xn1,yh1)可唯一確定。又由于爐料的內(nèi)堆角、外堆角不變,故直線C1B1和直線C1A1的斜率不變,已知直線上一點(diǎn)和其斜率可唯一確定一條直線。則可唯一求得左右料面與初始料面的交點(diǎn)B1、A1。即可得到其橫坐標(biāo)rL1、rR1。
步驟2-3-6-5、根據(jù)粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中第一個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo)和料面形狀函數(shù),求解粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
如圖3所示,設(shè)定高爐中心為坐標(biāo)原點(diǎn),直線OL所在的水平面為初始料面,則根據(jù)公式(6)、(7)可得粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀為:
式中,(xn1,yh1)為第一個(gè)溜槽傾角下所形成料堆堆尖點(diǎn)C1的坐標(biāo),rL1為直線C1B1與初始料面交點(diǎn)的橫坐標(biāo),rR1為直線C1A1與初始料面交點(diǎn)的橫坐標(biāo)。
步驟2-3-7、根據(jù)粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中各溜槽傾角下爐料滿足的體積約束、前一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀和基本料面的料面形狀,依次迭代求出第二個(gè)溜槽傾角到布完第n個(gè)各溜槽傾角下的料面形狀,求得的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀,即粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀。
如圖4所示,隨著第二個(gè)溜槽傾角下布料的進(jìn)行,料堆高度yh2逐漸增加。通過不斷改變爐料堆尖高度yh2,使其滿足公式(11),可求得第二個(gè)溜槽傾角下爐料堆尖的高度yh2即第二個(gè)溜槽傾角下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)縱坐標(biāo),則堆尖點(diǎn)C2(xn2,yh2)可唯一確定,又由于爐料的內(nèi)外堆角不變,故直線C2B2和直線C2A2的斜率不變,則可唯一求得第二個(gè)溜槽傾角下爐料形成的左右料面與第一個(gè)溜槽傾角下料面的交點(diǎn)B2、A2。即可得到rL2,rR2。故可得第二個(gè)溜槽傾角下的料面形狀γ2(x)。同理,可依次求得第三到第n個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。
多環(huán)布料為每一個(gè)溜槽傾角下所布爐料料面形狀的疊加,當(dāng)前料面形狀將作為下一圈布料的初始料面形狀,即第一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀將作為第二圈布料的初始料面形狀,以下為布完第二個(gè)溜槽傾角到布完第n個(gè)溜槽傾角后的料面形狀。
第二個(gè)及第n個(gè)溜槽傾角下的料面形狀分別為:
式中,(xni,yni)為第i個(gè)溜槽傾角下所形成料堆堆尖點(diǎn)坐標(biāo),γi(x)為第i個(gè)溜槽傾角下的料面形狀。rLi、rRi為第i個(gè)溜槽傾角下所布爐料與上一料面γi-1(x)在堆尖點(diǎn)(xni,yni)左右兩側(cè)交點(diǎn)Bi、Ai的橫坐標(biāo)。
最終輸出的料面形狀γ(x)與最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀γn(x)相同。
步驟2-4、以粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
步驟2-4-1、適應(yīng)值評(píng)價(jià):
本實(shí)施方式中的適應(yīng)值函數(shù)為理想料面形狀函數(shù)與粒子群優(yōu)化中優(yōu)化得到的布料矩陣所形成料面形狀的偏差的平方和,即其中,初始料面為當(dāng)前布料矩陣下的料面形狀,圖5為當(dāng)前料面形狀與理想料面形狀的對(duì)比。對(duì)于每個(gè)粒子,將其當(dāng)前位置的適應(yīng)值與其所經(jīng)歷的歷史優(yōu)位置的適應(yīng)值進(jìn)行比較,如果其當(dāng)前位置的適應(yīng)值優(yōu)于其歷史最優(yōu)位置的適應(yīng)值,則將其歷史最優(yōu)值進(jìn)行替換,用當(dāng)前的位置來代替歷史最優(yōu)位值。將每個(gè)粒子的個(gè)體歷史最優(yōu)位置的適應(yīng)值與群體的歷史最優(yōu)位置的適應(yīng)值進(jìn)行比較,當(dāng)個(gè)體最優(yōu)位置的適應(yīng)值優(yōu)于歷史最優(yōu)位置的適應(yīng)值時(shí),則將群體最優(yōu)位置進(jìn)行替換,用個(gè)體歷史最優(yōu)位置替換群體最優(yōu)位置。
步驟2-4-2、粒子狀態(tài)更新:
粒子的狀態(tài)包括粒子的位置和粒子的速度,本實(shí)施方式中利用式(15)對(duì)粒子的速度進(jìn)行更新,利用式(16)對(duì)粒子的位置進(jìn)行更新。
式中,為k+1時(shí)刻粒子的位置,為k時(shí)刻粒子的位置,為k+1時(shí)刻粒子的速度,為k時(shí)刻粒子的速度,ξ1與ξ2均為[0,1]范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù),為粒子在k時(shí)刻個(gè)體最優(yōu)位置,為粒子在k時(shí)刻種群最優(yōu)位置;
步驟2-4-3、停止迭代判斷:迭代過程如圖6所示,從圖中可以看出當(dāng)?shù)?0步時(shí),已達(dá)到較好的效果,當(dāng)?shù)螖?shù)到達(dá)最大迭代次數(shù)100次,則停止迭代輸出當(dāng)前群體最優(yōu)位置,即最優(yōu)布料矩陣,前個(gè)為溜槽傾角,后個(gè)數(shù)依次為前個(gè)溜槽傾角下所對(duì)應(yīng)的溜槽旋轉(zhuǎn)圈數(shù),由于布料過程中溜槽是由較大的傾角轉(zhuǎn)向較小的傾角,因此需要對(duì)溜槽傾角的角度由大到小依次排序,同時(shí)將該溜槽傾角下對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)跟隨溜槽傾角進(jìn)行順序變換,得到最終優(yōu)化的布料矩陣。否則,跳轉(zhuǎn)至步驟2-4-1,繼續(xù)進(jìn)行迭代。將最終優(yōu)化得到的布料矩陣調(diào)用料面形狀計(jì)算方法,得到如圖7所示該布料矩陣下的料面形狀與理想料面形狀的對(duì)比圖。
步驟3、優(yōu)化得到的最優(yōu)布料矩陣作為下一批爐料的布料矩陣。
本發(fā)明還提供一種高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化系統(tǒng),如圖11所示,包括:
設(shè)定單元:設(shè)定理想料面形狀;
優(yōu)化單元:以最小化下一批爐料的料面形狀與理想料面形狀的偏差為目標(biāo),優(yōu)化布料矩陣;
輸出單元:優(yōu)化得到的最優(yōu)布料矩陣作為下一批爐料的布料矩陣輸出。
所述優(yōu)化單元,采用粒子群算法優(yōu)化布料矩陣:隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置,粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
所述優(yōu)化單元,如圖12所示,包括:
初始化模塊:隨機(jī)產(chǎn)生的布料矩陣作為種群中粒子的初始位置;
獲取模塊:獲取下一批爐料的布料過程參數(shù)、爐料參數(shù)和粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣;
料面形狀計(jì)算模塊:計(jì)算下一批爐料根據(jù)粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀;
迭代優(yōu)化模塊:以粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣所形成的料面形狀與理想料面形狀之間的偏差的平方和作為適應(yīng)值,迭代優(yōu)化粒子位置,求得的種群最優(yōu)位置即下一批爐料的最優(yōu)布料矩陣。
所述料面形狀計(jì)算模塊,如圖13所示,包括:
第一計(jì)算模塊:根據(jù)下一批爐料的布料過程參數(shù)計(jì)算爐料離開節(jié)流閥的初始速度;
第二計(jì)算模塊:根據(jù)爐料離開節(jié)流閥的初始速度計(jì)算爐料在中心喉管末端的速度;
第三計(jì)算模塊:根據(jù)爐料在中心喉管末端的速度計(jì)算爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度;
第四計(jì)算模塊:根據(jù)爐料到達(dá)溜槽時(shí)的速度計(jì)算爐料在溜槽末端的速度;
第五計(jì)算模塊:根據(jù)爐料在溜槽末端的速度計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的各溜槽傾角檔位下爐料所形成料堆堆尖點(diǎn)橫坐標(biāo);
第六計(jì)算模塊:計(jì)算粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣中的最后一個(gè)溜槽傾角下的料面形狀,即下一批爐料在粒子當(dāng)前位置所對(duì)應(yīng)的布料矩陣下的料面形狀。
本發(fā)明提供的高爐布料過程布料矩陣優(yōu)化方法及系統(tǒng),可對(duì)布料矩陣進(jìn)行優(yōu)化,使優(yōu)化所得布料矩陣下的料面形狀接近于理想料面形狀,對(duì)高爐布料操作中布料矩陣的調(diào)整具有重要的指導(dǎo)意義。