闪速炉的神经网络冰镍质量模型与稳态优化控制研究

提出了基于神经元网络技术的软测量方法,建立复杂工业过程(闪速炉)模型.针对 生产工艺的要求,分别建立了生产工艺指标模型和产品产量模型,开辟了复杂工业过程产品 质量建模的新领域.在建模基础上,对闪速炉进行了稳态优化控制研究,结果表明该方法具有 较好的节能效果.最后给出了将来在线优化控制的建议.     

复杂工业过程特征建模方法及应用研究

针对复杂工业过程的特征建模是研究其优化控制的基础.复杂工业过程普遍具有强干扰、非线性、大时变等诸多不确定性特征,部分工艺涉及复杂的生化反应并伴有强污染和高危性,检测数据具有维度高、噪声大等特性,这均为建立精准的工业模型提出了更急迫的需求和更高的标准.鉴于此,总结并归纳当前复杂工业过程的建模思路和研究进展,旨在从多个视角分析不同建模方法的适用性和有效性,为先进的优化控制理论指导实际工业生产奠定模型基础.首先,从机理建模、数据驱动建模和混合建模3个方向对目前主流的工业建模方法进行划分和综述;然后,阐述各类建模方法的具体设计思路,并分析模型结构和算法特点;接着,调研不同建模策略在解决实际工业过程中的指标建模、被控对象建模、全流程建模等问题的具体应用情况;最后,结合目前工业智能化建设趋势及其面临的挑战性问题,指出未来的研究思路和发展方向.     

铅锌烧结过程的集成建模方法及智能优化算法

以铅锌烧结过程的集成建模和优化控制为背景 ,首先集成主元分析、神经网络、模糊专家系统等多种方法 ,建立了铅锌烧结过程的综合工况模型 ,然后根据综合工况模型预测的结果 ,采用聚类搜索混沌遗传算法获得最优的操作参数 ,给出操作优化指导 .本文提出的集成建模方法与操作优化算法 ,很好地解决了多输入多输出复杂工业过程的建模和优化控制问题 ,在铅锌烧结过程的生产中产生了显著的效益     

采用LS—SVM的自来水厂沉淀池出水浊度建模

加药混凝过程是自来水厂生产工艺的一个重要环节,如何对沉淀池出水浊度进行预测一直是个热点问题.自来水厂加药混凝过程是大滞后、非线性和时变的复杂动态系统,针对这一过程进行机理模型分析非常困难的特点,采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)对这一过程进行建模研究.给出了沉淀池出水浊度预测模型.通过实际应用表明建立的预测模型拟合误差小、推广性能好,具有较好的预测效果,可以应用到对加药混凝过程进行优化和控制中.     

蒸馏塔的过程建模控制及在Simulink中的实现

通过对某炼油厂常压蒸馏塔生产工艺的分析,建立了蒸馏塔复杂控制对象的简化模型,以冷却水流量为控制量,以回流储液罐的液位为被控制量,达到控制塔顶馏出产品质量的效果,并在Simulink中实现蒸馏塔的建模、控制设计分析和仿真,既提高了蒸馏塔这类复杂对象过程建模和控制分析的可操作性,同时在实际运行中也取得了较好的控制效果。     

模糊时间序列挖掘在复杂系统模糊建模中的应用

针对于复杂工业过程领域模糊建模问题, 提出了一种基于时间序列的模糊定量数据挖掘方法, 并讨论了其在复杂系统模糊逻辑推理模型结构辨识中的应用. 该方法建立在系统历史采集数据库基础之上, 较好的解决了多入多出 (MIMO)非线性复杂工业过程模糊建模时初始模型的建立问题. 文章最后讨论了该方法在氧化铝熟料烧结回转窑建模中的应用, 取得了良好的现场运行效果.     

工业过程多速率分层运行优化控制

工业过程运行优化控制通常采用基础回路层和运行层两层结构,涉及不同时间尺度特性的被控对象,且由于检测装置采样周期不同难以统一控制与采样周期;此外,运行层动态往往机理复杂难以建模.因此针对这一多层次、多时间尺度且部分模型未知的复杂多速率控制问题,本文提出一种工业过程多速率分层运行优化控制方法.该方法在使用提升技术解决分层多速率问题的基础上,采用一种基于Q-!学习的数据驱动运行层设定值优化方法,更新基础回路层的设定值;并针对提升后的系统采用模型预测控制（Model predictive control,MPC）方法设计基础回路层控制器以跟踪设定值,从而实现运行指标的优化控制.对典型工业闭路磨矿过程进行了仿真实验,验证了本文所提方法的有效性.     

基于关联存储网络的非线性约束监督预测控制

设定值优化是复杂工业过程中一种有效的优化控制手段,通过在通常的校正级上面加一层监督级而实现.模型预测控制已广泛应用于工业过程控制,但约束优化的实现是一个难题.鉴于此,建立了非线性监督预测控制的模糊神经网络模型,由此推导出监督预测控制的可行解,并用于燃气轮机系统转速和功率的控制.仿真结果表明了该方法的优越性.     

基于ANFIS的铁水脱硫系统的建模

在炼钢生产过程中,铁水脱硫过程是发生了一系列物理和化学变化的复杂工业过程.为建立各控制量与脱硫剂使用量间的模型,本文利用减法聚类法实现对ANFIS网络的结构识别,并在此基础上对ANFIS进行参数识别,完成铁水脱硫系统的建模任务.最后,通过将该方法与普通的BP算法建模进行比较,说明ANFIS在收敛速度及建模精度方面的优越性.     

基于设计结构矩阵的辅助优化系统

传统结构优化建模方法对设计人员的能力要求较高,而现有辅助优化建模工具的通用性不强,导致复杂工程优化问题的模型建立十分困难,因此提出一种通用性较强的辅助优化建模方法.该方法将设计结构矩阵(Design Structure Matrix,DSM)思想引入优化模型的建立过程中,利用DSM结构形式和算法的优点方便有效地从复杂工程问题中提取优化模型并给出合理的优化流程.基于Excel的VBA语言开发辅助优化建模工具,快速准确地提取优化模型,并通过与优化软件Isight的接口程序自动将参与优化设计的模块映射成合理的优化流程图.采用燃气轮机支架结构的优化设计问题验证该辅助优化建模工具,并取得良好效果.     

核函数方法及其在软测量建模中的应用研究

软测量技术对实施工业过程先进控制与优化具有重要的作用。介绍了几种新的基于核函数方法的软测量建模技术，并提出了针对复杂工业过程的混合核函数软测量建模方法。工业萘初馏塔酚油含萘量软测量应用表明，这类方法具有非线性处理能力强、精度高及模型推广能力好的特点。     

一类混杂系统建模和优化控制的研究

为解决混杂系统优化控制的计算复杂性问题,针对结合逻辑规则的工业过程混杂模型,采用结合约束程序的混合整数非线性规划算法,求解这种混杂模型的优化控制。计算实例表明,通过混杂建模方法,可以充分利用工业对象的机理模型以及操作工经验或专家经验,建立系统的更精确模型;结合约束程序混合整数非线性规划算法可以较迅速地求解混杂模型优化控制问题,从而使该方法可以用于工业过程实时控制中。     

面向系统辨识的火电控制时序数据可视分析

对火电控制历史数据进行分析和建模,能有效地帮助用户实现更优的机组运行控制.由于这类控制数据的复杂性,传统系统辨识过程非常烦琐,甚至难以得到有效结果.为此,将可视分析技术引入系统辨识中,与自动建模算法集成,设计了面向系统辨识的可视分析系统imDCS,在时序数据特征分析、模型建立和筛选评估以及模型迭代优化等各阶段支持控制系统建模的全过程.通过多种可视化映射技术和交互联动视图支持多层次模型筛选过程;通过分组视图与堆叠视图展示高维多元模型结构;通过精度评估组合视图支持用户从不同侧面评估模型性能.与领域专家合作,基于电厂真实控制数据和运行优化需求进行了案例分析和评估,结果表明,该系统在工业控制数据分析和建模中具有更高的有效性和可用性.     

复杂工业过程智能优化决策系统的现状与展望

流程工业是制造业的重要组成部分,是我国国民经济和社会发展的重要支柱产业.新一代信息技术和人工智能技术为流程工业的发展带来新的挑战和机遇.只有与流程工业的特点与目标密切结合,充分利用大数据,将人工智能、移动互联网、云计算、建模、控制与优化等信息技术与工业生产过程的物理资源紧密融合与协同,实现流程工业智能优化制造,才可能实现流程工业的跨越式发展.本文聚焦流程工业的复杂生产过程,从其智能优化决策系统的角度,描述了复杂工业过程优化决策系统的问题、回顾总结了复杂工业过程全流程优化决策系统的现状,分析了智能优化决策系统的必要性,提出了智能优化决策系统的发展目标及愿景,并对智能优化决策系统的下一步重点研究方向进行了展望.     

端边云协同的复杂工业过程运行控制智能系统

针对难以建立数学模型的复杂工业运行控制过程,利用可获得的过程控制系统设定值和运行指标以及相关变量的工业大数据和运行控制过程特性,将系统辨识与深度学习相结合,建立以实际运行指标以及相关变量为输入,以实际过程控制系统设定值为输出的运行控制过程数字孪生模型,提出云-边协同的过程控制系统设定值智能控制方法.所提出方法由云-运行控制过程数字孪生模型、边-过程控制系统设定值智能控制模型和自校正机制组成.将工业互联网与工业过程控制系统相结合,提出端边云协同的工业运行控制智能系统的架构和功能,采用所提出控制系统设定值智能控制方法,研制工业过程运行控制智能系统,并在选矿关键设备—–高压辊磨成功应用.所提出系统安全、可靠和优化运行,取得了显著的节能减排效果.     

数据驱动的工业过程运行优化控制

现代工业过程机理复杂使得很难对生产过程以及运行指标与被控变量之间关系精确建模.如何基于工业运行过程数据信息,不依赖模型参数给出设定值设计方案,优化运行指标是一挑战性难题.本文针对在稳态附近可以线性化的一类工业过程,考虑运行控制环和底层控制环不同时间尺度,提出一种基于Q--学习方法的次优设定值学习算法.此算法完全利用数据,学习得到次优设定值,实现运行指标以次优的方式跟踪理想值.浮选过程仿真结果表明本文所提方法的有效性.     

回转窑煅烧过程运用软测量的建模方法及应用

为了解决工业回转窑的生产过程中存在工艺复杂、建模困难和控制目标只能离线检测等控制难点的问题,在分析锌钡白回转窑煅烧过程运行机理和工艺流程的基础上,运用软测量的方法建立煅烧过程的控制模型。结合熟练工人的操作经验,采用模糊控制的方法对控制模型的PID参数进行自动整定,详细介绍了控制模型的建立过程和模糊参数自整定控制器的设计方法。现场运行取得了满意的效果。     

结合LM算法的PID神经网络预测控制系统

针对工业过程中非线性系统的复杂控制和实时性问题,提出1种基于LM算法的PID神经网络预测控制器的设计方法.该方法在原有的神经网络预测控制基础上,引入了1种新的神经网络结构与学习算法来建立预测模型,并针对该模型采用神经网络逆动态控制方法进行滚动优化以实现下一步控制量的优化.仿真结果表明,该方法有结构简单、计算量小、响应速度快等特点.在一定程度上满足复杂工业过程控制中的实时性要求.     

水泥生料配料过程优化控制系统

介绍以基于生料率值控制为目的的非线性水泥生料优化配料过程控制,运用智能机理建模的方法,建立配料过程的非线性规划数学模型.针对模型中的多目标函数以及非线性约束特点,提出一种采用优化软件LINGO编制算法程序并通过应用程序接口(API)嵌入到ABB France2000的DCS系统中.工业实验表明该系统能有效地对配料过程进行优化控制,是解决非线性多目标优化问题的一种可行方法.     

基于单台PC机的工业过程虚拟实验系统设计

通过采用Rockwell系列软件与Matlab软件的混合编程,实现在单台PC机上集成复杂工业过程的虚拟仿真实验系统。该系统具有监控层、控制层和对象层3层结构。其中,Matlab软件实现复杂工业过程模型的仿真,Rockwell系列软件实现控制器的仿真、编程、监控画面的组态等。重点介绍Matlab软件与组态软件通讯方法,通过球磨机典型的PID控制回路表明了该方法的可行性,为在实验室进行复杂工业过程控制系统的建模、控制与优化的研究提供了平台,具有较好的应用价值。