本發(fā)明屬于輥道窯爐監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)分析領(lǐng)域，尤其是對(duì)輥道窯爐長(zhǎng)期運(yùn)行狀況的態(tài)勢(shì)評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

連續(xù)型輥道窯爐由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和其功能上的連續(xù)性，它是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，具有各種各樣的物理環(huán)境，能夠?qū)Y(jié)材料造成不同程度的影響，其控制目標(biāo)就是維系各溫區(qū)溫度的穩(wěn)定。對(duì)其控制情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)估顯得特別重要，合理分析它的運(yùn)行狀態(tài)便于制定準(zhǔn)確的控制策略，因此運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)估師是整個(gè)生產(chǎn)線的關(guān)鍵。但由于它是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，涉及到的因素很多，需要綜合多方面的信息來(lái)實(shí)現(xiàn)評(píng)估。

因此，有必要設(shè)計(jì)一種連續(xù)型輥道窯爐運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估方法，以實(shí)現(xiàn)輥道窯爐的運(yùn)行狀態(tài)的綜合評(píng)估，指示整個(gè)窯爐的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)度和趨勢(shì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種連續(xù)型輥道窯爐運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估方法，通過(guò)對(duì)溫區(qū)記錄數(shù)據(jù)序列進(jìn)行時(shí)域分析，并提取多個(gè)相關(guān)屬性，建立多層次多指標(biāo)評(píng)估模型，并“由下而上，由部分到整體”實(shí)現(xiàn)整個(gè)輥道窯爐的態(tài)勢(shì)評(píng)估。

本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：

一種連續(xù)型輥道窯爐運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估方法，包括以下步驟：

步驟1、根據(jù)輥道窯的結(jié)構(gòu)特征，提取參與其運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估的指標(biāo)，建立一個(gè)多層次多指標(biāo)態(tài)勢(shì)評(píng)估模型；

所述多層次多指標(biāo)態(tài)勢(shì)評(píng)估模型由上到下包括輥道窯爐層、溫區(qū)層、時(shí)間維度層以及屬性層；所述輥道窯爐層設(shè)有輥道窯爐整體作為評(píng)估目標(biāo)；輥道窯爐整體在溫區(qū)層設(shè)有多個(gè)溫區(qū)作為其評(píng)估指標(biāo)；每個(gè)溫區(qū)分別在時(shí)間維度層設(shè)有多個(gè)時(shí)間維度作為其評(píng)估指標(biāo)；每個(gè)時(shí)間維度分別在屬性層設(shè)有多個(gè)屬性作為其評(píng)估指標(biāo)；

步驟2、根據(jù)各層評(píng)估指標(biāo)重要性和控制需求指定各個(gè)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重，構(gòu)建權(quán)重向量，以反映各屬性、時(shí)間維度和溫區(qū)的差異；

步驟3、基于每個(gè)溫區(qū)的測(cè)量數(shù)據(jù)序列，計(jì)算其下各個(gè)屬性的狀態(tài)值，用于表征該屬性狀態(tài)的好壞；再結(jié)合各層評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重向量，采用“由下而上，由部分到整體”的評(píng)估方式實(shí)現(xiàn)由屬性到時(shí)間維度到溫區(qū)再到輥道窯爐整體的運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估值。

進(jìn)一步地，所述步驟1的多層次多指標(biāo)態(tài)勢(shì)評(píng)估模型，每個(gè)溫區(qū)分別在維度層設(shè)有三個(gè)時(shí)間維度作為其評(píng)估指標(biāo)；三個(gè)時(shí)間維度分別為實(shí)時(shí)維度、短期維度以及長(zhǎng)期維度；其中，實(shí)時(shí)維度在屬性層設(shè)有高溫、低溫和上下溫差屬性作為其評(píng)估指標(biāo)；短期維度在屬性層設(shè)有高溫、低溫、上下溫差和溫度變化屬性作為其評(píng)估指標(biāo)；長(zhǎng)期維度在屬性層設(shè)有高溫、低溫、上下溫差和溫度控制器屬性作為其評(píng)估指標(biāo)；

其中，高溫屬性和低溫屬性分別表示一段時(shí)間內(nèi)溫區(qū)的溫度比預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度高和低的程度，高溫屬性和低溫屬性簡(jiǎn)稱為ht屬性和lt屬性；

上下溫差屬性表示一段時(shí)間內(nèi)該溫區(qū)內(nèi)部上下燒結(jié)單元的溫度差的嚴(yán)重程度，簡(jiǎn)稱為td屬性；

溫度變化屬性表示溫區(qū)的溫度波動(dòng)程度，簡(jiǎn)稱為tv屬性；

溫度控制器屬性該溫區(qū)的溫度控制性能，簡(jiǎn)稱為tc屬性。

進(jìn)一步地，所述步驟3具體包括以下步驟：

步驟3.1、基于各個(gè)溫區(qū)的測(cè)量數(shù)據(jù)序列，計(jì)算其下各個(gè)屬性的狀態(tài)值：

sitvaluetc＝r(etu,ecu)+r(etl,ecl)(1—6)

其中，

ecu＝[δcui+n,…,δcui],ecl＝[δcli+n,…,δcli]

δtui＝ttg-tui,δtli＝ttg-tli

δcui＝cui+1-cui,δcli＝cli+1-cli

其中，sitvalueht、sitvaluelt、sitvaluetd、sitvaluetv和sitvaluetc分別表示某一溫區(qū)ht屬性、lt屬性、td屬性、tv屬性以及tc屬性的狀態(tài)值；ttg為該溫區(qū)的預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度，i表示測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的序號(hào)，n為用于計(jì)算屬性狀態(tài)值的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的個(gè)數(shù)，計(jì)算實(shí)時(shí)維度、短期維度以及長(zhǎng)期維度下的屬性狀態(tài)值時(shí)，n的取值不同，分別取相應(yīng)時(shí)間維度下的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的個(gè)數(shù)；tui、tli、cui和cli分別為第i個(gè)測(cè)量時(shí)間點(diǎn)測(cè)得的該溫區(qū)內(nèi)部上、下燒結(jié)單元溫度值和電流值；r(·)為計(jì)算兩個(gè)序列的相關(guān)系數(shù)的函數(shù)；

溫度控制器指標(biāo)是衡量一個(gè)控制器性能的參數(shù)，由控制規(guī)律確定其用溫度偏差δtui和δtli、溫度偏差的一階導(dǎo)數(shù)(相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的兩個(gè)溫度偏差之差，和)和二階導(dǎo)數(shù)(相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)溫度偏差的一階導(dǎo)數(shù)值之差，和)之和與電流的一階導(dǎo)數(shù)(相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的電流之差，δcui和δcli)的斯特爾曼正相關(guān)程度來(lái)衡量。

步驟3.2、首先，定義態(tài)勢(shì)值的取值范圍為sitlevels＝[1,2,…,m]，態(tài)勢(shì)值越低則代表性能越好；

然后，計(jì)算各個(gè)屬性的模糊關(guān)系向量：

先根據(jù)窯爐燒結(jié)工藝參數(shù)中的余差和溫區(qū)的上下溫差確定ht屬性、lt屬性和td屬性的隸屬評(píng)估矩陣；根據(jù)溫區(qū)的溫度波動(dòng)程度確定tv屬性的隸屬評(píng)估矩陣；根據(jù)溫區(qū)電流測(cè)量數(shù)據(jù)序列和溫度測(cè)量數(shù)據(jù)序列的相關(guān)系數(shù)，確定tc屬性的隸屬評(píng)估矩陣；將a屬性的隸屬評(píng)估矩陣記為xa＝[xa1,xa2,…,xam]，a∈{ht，lt，td，tv，tc}；

再通過(guò)以下梯形隸屬函數(shù)求得各個(gè)屬性的狀態(tài)值從屬于每個(gè)態(tài)勢(shì)值的隸屬度：

其中，pm表示屬性從屬于態(tài)勢(shì)值m的隸屬度，m＝1,2,…，m，0≤pm≤1,∑pm＝1；sitvaluea是步驟3.1中計(jì)算得到的某一屬性的狀態(tài)值，a∈{ht，lt，td，tv，tc}；

最后由屬性的狀態(tài)值從屬于每個(gè)態(tài)勢(shì)值的隸屬度，得到該屬性的模糊關(guān)系向量：

p＝[p1,p2,…,pm](2-2)；

步驟3.3、計(jì)算各個(gè)時(shí)間維度的態(tài)勢(shì)值向量ptj：

其中，bj＝[b1,b2,…bk]為第j個(gè)時(shí)間維度下的屬性權(quán)重向量，k為該時(shí)間維度下所有屬性的個(gè)數(shù)；pk為該時(shí)間維度下第k個(gè)屬性的模糊關(guān)系向量，表示該時(shí)間維度下所有屬性的模糊關(guān)系向量構(gòu)成的k×5的模糊矩陣；°表示模糊變換；

步驟3.4、取態(tài)勢(shì)值向量ptj中最大的元素所對(duì)應(yīng)的態(tài)勢(shì)值作為該時(shí)間維度的態(tài)勢(shì)值；由各個(gè)時(shí)間維度的態(tài)勢(shì)值構(gòu)建多時(shí)間維度態(tài)勢(shì)向量結(jié)合時(shí)間維度權(quán)重向量[weight1,weight2,weight3]，計(jì)算相應(yīng)的溫區(qū)態(tài)勢(shì)值z(mì)＝[weight1,weight2,weight3]·time；

步驟3.5、由各個(gè)溫區(qū)的態(tài)勢(shì)值構(gòu)建多溫區(qū)態(tài)勢(shì)向量結(jié)合溫區(qū)權(quán)重向量[w1,w2,…,wn]，計(jì)算輥道窯爐整體運(yùn)行態(tài)勢(shì)：

sitkiln＝[w1,w2,…,wn]·sitzone＝∑znwn；

其中，n為溫區(qū)層的溫區(qū)個(gè)數(shù)。

進(jìn)一步地，步驟3.1中，相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為5分鐘。

進(jìn)一步地，m取值為5。

進(jìn)一步地，所述步驟3.2中，設(shè)窯爐燒結(jié)工藝參數(shù)中的余差為d，溫區(qū)的上下溫差為td，則ht屬性、lt屬性和td屬性的隸屬評(píng)估矩陣分別為：

xht＝[0,d,1.5d,2d,2.5d]；

xlt＝[0,-d,-1.5d,-2d,-2.5d|

xtd＝[-td,td,1.5td,2td,2.5td]。

進(jìn)一步地，所述步驟3.2中，基于設(shè)定時(shí)間段內(nèi)的測(cè)量數(shù)據(jù)序列，計(jì)算每?jī)商鞙貐^(qū)溫度測(cè)量數(shù)據(jù)序列的方差，以及溫區(qū)電流測(cè)量數(shù)據(jù)序列和溫度測(cè)量數(shù)據(jù)序列的相關(guān)系數(shù)；

記得到的最大方差為vmax，最小方差為vmin；將[vmin,vmax]等距或不等距劃分為4段區(qū)間，由此得到tv屬性的隸屬評(píng)估矩陣xtv；

記得到的最大相關(guān)系數(shù)為pmax，最小相關(guān)系數(shù)為pmin，由此得到tc屬性的隸屬評(píng)估矩陣xtc＝[1，pmax，(pmax+pmin)/2，pmin，0]；

xtv和xtc的確定過(guò)程屬于統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，用戶也可以通過(guò)其它統(tǒng)計(jì)分析的方式來(lái)構(gòu)建xtv和xtc的元素。

進(jìn)一步地，所述設(shè)定時(shí)間段取一個(gè)月或一個(gè)季度。

進(jìn)一步地，所述步驟3.1和3.2中，采用以下函數(shù)計(jì)算兩個(gè)序列的相關(guān)系數(shù)：spearman(·)為計(jì)算兩個(gè)序列的斯特爾曼正相關(guān)程度的函數(shù)，序列x和y的斯特爾曼相關(guān)系數(shù)的具體計(jì)算公式為：

其中，x和y分別為兩個(gè)序列，xi和yi分別為兩個(gè)序列中的元素，和分別為兩個(gè)序列中所有元素的平均值，n為兩個(gè)序列中元素的個(gè)數(shù)。

進(jìn)一步地，短期維度的時(shí)間長(zhǎng)度取為30分鐘；長(zhǎng)期維度的時(shí)間長(zhǎng)度取為3小時(shí)。

有益效果：

本發(fā)明提供了一種連續(xù)型輥道窯爐運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估方法，通過(guò)對(duì)溫區(qū)記錄數(shù)據(jù)序列進(jìn)行時(shí)域分析，并提取多個(gè)相關(guān)屬性，建立多層次多指標(biāo)評(píng)估模型，并“由下而上，由部分到整體”實(shí)現(xiàn)整個(gè)輥道窯爐的態(tài)勢(shì)評(píng)估。本發(fā)明所構(gòu)建的評(píng)估模型從三個(gè)不同的時(shí)間維度考慮輥道窯爐各溫區(qū)的控制情況，實(shí)時(shí)維度下的屬性只考慮當(dāng)前傳感器捕捉到的測(cè)量數(shù)據(jù)狀態(tài)，短期和長(zhǎng)期時(shí)間維度下考慮的分別是30分鐘和3小時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)序列的整體趨勢(shì)，屬性層共包括5種類型的11個(gè)評(píng)估指標(biāo)。充分考慮了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)，并能夠根據(jù)工藝要求對(duì)多種指標(biāo)的權(quán)重做出調(diào)整，能夠有效地、系統(tǒng)全面地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的評(píng)估，指示整個(gè)窯爐的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)度和趨勢(shì)，對(duì)窯爐的燒結(jié)效果做出評(píng)價(jià)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明所述方法步驟圖；

圖2是溫區(qū)內(nèi)部模型結(jié)構(gòu)圖；

圖3是輥道窯爐分級(jí)結(jié)構(gòu)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)施方式做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明的一種連續(xù)型輥道窯運(yùn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估方法的實(shí)施用例，以鋰電池生產(chǎn)車間為例，其綜合各溫區(qū)內(nèi)部的多個(gè)指標(biāo)，建立多層次多指標(biāo)評(píng)估模型，包括溫區(qū)層、時(shí)間維度層以及屬性層；本實(shí)施例中根據(jù)輥道窯的結(jié)構(gòu)特征，溫區(qū)層設(shè)有二十一個(gè)溫區(qū)，分別屬于三個(gè)功能區(qū)，其中前9個(gè)溫區(qū)統(tǒng)稱為升溫區(qū)，實(shí)現(xiàn)預(yù)熱功能；中間9個(gè)溫區(qū)為恒溫區(qū)，達(dá)到燒結(jié)目的；最后三個(gè)溫區(qū)為降溫區(qū)，達(dá)到冷卻產(chǎn)品的作用；將一個(gè)溫區(qū)的評(píng)估在時(shí)間層次上分為實(shí)時(shí)、短期以及長(zhǎng)期3個(gè)時(shí)間維度，每個(gè)時(shí)間維度下設(shè)計(jì)相關(guān)評(píng)估指標(biāo)，具體實(shí)現(xiàn)為實(shí)時(shí)狀態(tài)下設(shè)計(jì)高溫、低溫和上下溫差屬性；短期維度(半個(gè)小時(shí))下設(shè)計(jì)高溫、低溫、上下溫差和溫度變化屬性；長(zhǎng)期維度(3小時(shí))下設(shè)計(jì)高溫、低溫、上下溫差和溫度控制器屬性，基于模型對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行態(tài)勢(shì)評(píng)估，再根據(jù)“由下而上，由部分到整體”的評(píng)估方式實(shí)現(xiàn)從屬性到溫區(qū)再到整個(gè)窯爐的態(tài)勢(shì)評(píng)估?；静襟E如下：

(1)提取溫區(qū)性能評(píng)估的屬性，包括高溫屬性、低溫屬性、上下溫差屬性、溫度變化屬性以及溫度控制器屬性；

(2)建立多時(shí)間維度的評(píng)估模型，每個(gè)溫區(qū)的評(píng)估體系包括短中長(zhǎng)期三個(gè)時(shí)間維度，各時(shí)間維度下分別建立評(píng)價(jià)屬性，溫區(qū)評(píng)估體系如圖2所示；

(3)根據(jù)每個(gè)屬性的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算每個(gè)屬性的態(tài)勢(shì)值，構(gòu)建屬性評(píng)估矩陣；

(4)將評(píng)估矩陣與用戶設(shè)定的屬性權(quán)重矩陣做矩陣乘積運(yùn)算，得到溫區(qū)態(tài)勢(shì)值；

(5)將所有的溫區(qū)態(tài)勢(shì)值構(gòu)建成為態(tài)勢(shì)向量，再與用戶定義的溫區(qū)權(quán)重向量做運(yùn)算，得出整個(gè)窯爐的態(tài)勢(shì)值。

下面對(duì)本發(fā)明的方法涉及的關(guān)鍵步驟進(jìn)行逐一詳細(xì)說(shuō)明，具體步驟如下所示：

步驟一，基于各個(gè)溫區(qū)的測(cè)量數(shù)據(jù)序列，計(jì)算屬性層各個(gè)屬性的狀態(tài)值，用于表征該屬性的好壞：

sitvaluetc＝spearman(etu,ecu)+spearman(etl,ecl)(1—6)

其中，

ecu＝[δcui+n,…,δcui],ecl＝[δcli+n,…,δcli]

δtui＝ttg-tui,δtli＝ttg-tli

δcui＝cui+1-cui,δcli＝cli+1-cli

spearman(·)為計(jì)算兩個(gè)序列斯特爾曼正相關(guān)程度的函數(shù)，關(guān)于序列x和y的斯特爾曼相關(guān)系數(shù)的具體計(jì)算公式為：

其中，sitvalueht、sitvaluelt、sitvaluetd、sitvaluetv和sitvaluetc分別表示高溫屬性、低溫屬性、上下溫差屬性、溫度變化屬性以及溫度控制器屬性的狀態(tài)值；ttg為溫區(qū)的預(yù)設(shè)目標(biāo)溫度，i表示測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的序號(hào)(相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間間隔為5分鐘)，n為用于計(jì)算屬性狀態(tài)值的測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的個(gè)數(shù)；tui、tli、cui和cli分別為第i個(gè)測(cè)量時(shí)間點(diǎn)該溫區(qū)內(nèi)部上下燒結(jié)單元溫度值和電流值；

溫度控制器指標(biāo)是衡量一個(gè)控制器性能的參數(shù)，由控制規(guī)律確定其用溫度偏差δtui和δtli、溫度偏差的一階導(dǎo)數(shù)(相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的兩個(gè)溫度偏差之差，和)和二階導(dǎo)數(shù)(相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)溫度偏差的一階導(dǎo)數(shù)值之差，和)之和與電流的一階導(dǎo)數(shù)(相鄰測(cè)量時(shí)間點(diǎn)的電流之差，δcui和δcli)的斯特爾曼正相關(guān)程度來(lái)衡量。

步驟二，首先，定義態(tài)勢(shì)值的取值范圍sitlevels＝[1,2,3,4,5]，態(tài)勢(shì)值越低則代表該溫區(qū)的性能越好；本實(shí)施例取m＝5；

然后，設(shè)定余差d和溫區(qū)的上下溫差td，并根據(jù)余差d和溫區(qū)的上下溫差td確定各個(gè)指標(biāo)的隸屬評(píng)估矩陣x＝[x1,x2,x3,x4,x5]；

通過(guò)以下梯形隸屬函數(shù)(對(duì)于每個(gè)屬性都有對(duì)應(yīng)5個(gè)態(tài)勢(shì)值隸屬度的5個(gè)隸屬函數(shù))，求得指標(biāo)的狀態(tài)值從屬于每個(gè)態(tài)勢(shì)值的隸屬度：

其中，pm表示屬性從屬于態(tài)勢(shì)值m的隸屬度，m＝1,2,…，m，0≤pm≤1,∑pm＝1；sitvaluea是步驟3.1中計(jì)算得到的某一屬性的狀態(tài)值，a∈{ht，lt，td，tv，tc}；

指標(biāo)的狀態(tài)值從屬于每個(gè)態(tài)勢(shì)值的隸屬度，得到該指標(biāo)的模糊關(guān)系向量：

p＝[p1,p2,…,p5](2-2)；

步驟三，分別計(jì)算各個(gè)時(shí)間維度的態(tài)勢(shì)值向量ptj：

其中，bj＝[b1,b2,…bk]為第j個(gè)時(shí)間維度下的屬性權(quán)重向量，k為該時(shí)間維度下所有屬性的個(gè)數(shù)；pk為該時(shí)間維度下第k個(gè)屬性的模糊關(guān)系向量，表示該時(shí)間維度下所有屬性的模糊關(guān)系向量構(gòu)成的k×5的模糊矩陣；°表示模糊變換；

步驟四，取態(tài)勢(shì)值向量ptj中最大的元素所對(duì)應(yīng)的態(tài)勢(shì)值作為該時(shí)間維度的態(tài)勢(shì)值；由各個(gè)時(shí)間維度的態(tài)勢(shì)值構(gòu)建多時(shí)間維度態(tài)勢(shì)向量結(jié)合時(shí)間維度權(quán)重向量[weight1,weight2,weight3]，計(jì)算該溫區(qū)態(tài)勢(shì)值z(mì)＝[weight1,weight2,weight3]·time。

步驟五，由各個(gè)溫區(qū)的態(tài)勢(shì)值構(gòu)建多溫區(qū)態(tài)勢(shì)向量結(jié)合溫區(qū)權(quán)重向量[w1,w2,…,wn]，計(jì)算輥道窯爐整體運(yùn)行態(tài)勢(shì)：

sitkiln＝[w1,w2,…,wn]·sitzone＝∑znwn。