炼油生产调度研究现状与挑战

调度作为计划层和执行层的纽带,是智能型工厂的主要组成部分.对此,从炼油生产装置调度的角度,对炼油调度问题进行综述与分析.首先对炼油生产调度建模问题的研究现状进行阐述,介绍目前该领域建模方面考虑的因素;其次,对炼油生产调度的各种优化方法进行总结综述;最后,结合目前的信息技术和智能制造的发展趋势,分析炼油生产调度所面临的挑战和未来的研究方向.     

马尔可夫跳变线性系统最优控制的研究现状与进展

马尔可夫跳变线性系统（MJLS）是一种具有多个模态的随机系统，系统在各个模态之间的跳变转移由一组马尔可夫链来决定。MJLS模型因其在表示过程中可以产生突变而更能精确的描述实际工程应用中的系统。近年来，MJLS的最优控制问题成为了研究的热点，动态规划、极大值原理以及线性矩阵不等式等成为了解决此类问题的主流方法。本文对MJLS最优控制领域的研究现状进行了综述。分别对一般情况下、带有噪声的情况下、带有时滞的情况下以及某些特定情况下的MLJS最优控制问题的国内外研究现状进行论述。最后进行了总结并提出MJLS最优控制领域未来值得关注的研究方向。     

基于多参数灵敏度分析与遗传优化的铁水质量无模型自适应控制

铁水硅含量(化学热)和铁水温度(物理热)是高炉炼铁过程最重要的铁水质量指标, 其建模与控制对于整个高炉炼铁过程的运行优化意义重大. 针对高炉炼铁过程极复杂动态特性以及铁水质量难以进行常规机理建模与控制的难题, 基于直接数据驱动控制思想, 提出一种基于多参数灵敏度分析与大规模变异遗传参数优化的高炉铁水质量无模型自适应控制方法. 首先, 基于紧格式动态线性化(Compact form dynamic linearization, CFDL)无模型自适应控制(Model free adaptive control, MFAC)技术确定铁水质量的多变量数据驱动控制器结构; 然后, 针对CFDL-MFAC众多可调参数对控制器性能影响大, 同时对众多参数整体优化非常耗时且效果不理想的问题, 基于多参数灵敏度分析(Multi-parameter sensitivity analysis, MPSA)技术, 提出基于大规模变异与精英局部搜索遗传优化的CFDL-MFAC控制器参数整定方法; 最后, 将参数整定后的CFDL-MFAC控制器应用到高炉炼铁过程多元铁水质量控制, 并与基于递推子空间辨识的数据驱动预测控制进行比较研究, 验证所提控制方法的有效性和先进性.     

基于KPLS鲁棒重构误差的高炉燃料比监测与异常识别

作为钢铁冶金制造的核心工序, 高炉炼铁是典型的高能耗过程, 其运行能耗约占钢铁总能耗的50%以上, 其中, 80%的能耗是焦炭和煤粉等燃料消耗. 因此, 对表征高炉燃料消耗的燃料比参数进行监测, 并尽可能早地识别影响燃料比异常波动的关键因素, 对于高炉炼铁过程的节能降耗具有重要意义. 本文针对先验故障知识少的高炉燃料比监测与异常识别难题, 提出一种基于核偏最小二乘(Kernel partial least squares, KPLS)鲁棒重构误差的故障识别方法. 该方法首先建立过程变量与监测变量的KPLS监测模型, 然后根据非线性映射空间的协方差矩阵和核空间Gram矩阵之间的关系, 反向估计原始空间变量的正常估值. 为了增强算法的鲁棒性, 采用迭代去噪算法减少异常数据对原始空间正常估值的影响. 通过利用原始空间正常估值和真实值来构造故障识别指标, 并给出故障识别指标的控制限. 基于实际工业数据的高炉数据实验表明所提方法不仅可以监测出正常工况下影响燃料比异常变化的潜在因素, 还可识别出异常工况下影响燃料比异常变化的关键因素, 具有很好的工程应用前景.     

面向全流程优化的选矿过程仿真系统研发

选矿过程的物流是各环节有机联系的纽带,进行选矿物流仿真实验研究对实现优化操作与优化控制生产具有重要的意义。面向选矿过程生产全流程的优化,为了对选矿全流程的物流与生产过程进行仿真,研究选矿过程各个单元的操作与控制对生产全流程指标的影响,建立了基于物料平衡和金属守恒原理的选矿过程物流模拟数学模型总体框架;设计开发了选矿过程物流仿真系统,包括实验软硬件平台结构、功能及其对控制与优化系统的通讯接口。该系统主要侧重其物流的仿真,及其操作与控制对选矿全流程指标(即金属回收率、精矿品位和产量等)的影响,从而为全流程优化的研究提供依据。在所开发的平台上开展了仿真实验研究,实验结果验证了所研发实验平台的有效性。     

动态滑模控制在EAF电极调节系统中的应用

针对电弧炉电极调节系统的非线性、时变、模型不确定、大滞后等特点,结合高阶滑模和动态滑模控制的设计思想为其设计了一种动态滑模控制器,即通过微分环节构成新的切换函数,将不连续项转移到控制的一阶中,得到本质连续的动态滑模控制律,并将其应用到电弧炉电极调节系统中。对系统的阶跃响应和跟踪特性分别进行了仿真,仿真结果表明,所设计的动态滑模控制器不仅能使系统具有良好的动态性能和较强的跟踪特性,同时能有效地抑制系统的抖振,达到控制系统的动态品质要求。     

协调的分布式决策虚拟企业风险管理模型

虚拟企业要取得预期的利润,就必须成功规避运行中的风险.考虑虚拟企业的分布性以及联盟成员之间关系多样性的特点,根据非合作完全信息静态博弈理论,采用分布式决策的思想对虚拟企业风险进行管理.针对各盟员构成非团队关系,并且不存在机会主义行为的虚拟企业,探讨了其风险管理的特点,以及在风险管理问题上各盟员之间可能达成的协作;建立了协调的分布式虚拟企业风险管理模型,给出了模型的求解方法,同时设计了相应算法对模型进行求解,并对解的不同情况进行了分析;另外还比较了不同协调原则下联盟总利润以及各盟员利润的变化情况.仿真分析表明,所提出的模型和算法,能在虚拟企业各盟员风险管理中起到协调控制的作用,达到“双赢”的目的.     

T-S模糊系统的有限时间控制

面向具有强非线性的复杂工业过程,利用T-S模糊模型逼近原非线性系统,把T-S模糊模型逼近非线性系统存在的误差描述成有界时变的扰动,进而提出带扰动的T-S模糊系统的有限时间控制方法.首先,给出线性系统有限时间有界性的一个充分条件,与现有结果相比,该条件具有较小的保守性,并可以处理扰动是时变的情况;然后,提出T-S模糊系统有限时间镇定控制器的设计方法;最后,给出基于线性矩阵不等式(LMI)的控制器设计算法,并通过数值算倒演示所给方法的有效性.     

考虑生产与发电的蒸汽配置计划问题

如何提高蒸汽系统整体的运行效率,减少蒸汽的放散损失,对于钢铁企业的节能减排、降低吨钢成本意义重大.针对蒸汽系统中不同类型的汽源设备运行方式差别较大的特点,以某大型钢铁企业蒸汽系统的实际运行为背景,建立了多汽源、多用户、多产品、分时的动态配置线性规划模型.该模型将不同汽源设备组成的系统作为一个整体进行研究,以更实际更直观的蒸汽发电量最大为目标,并利用约束从客观上保证了余热汽源的充分利用.最后根据现场数据,利用CPLEX得到了最优解.     

改进FCM在交互式图像分割中的应用

为解决由于自然纹理的干扰而导致的分割图像边缘模糊问题,对模糊C均值聚类算法进行改进并应用于交互式图像分割中。用户通过输入种子点来获得目标和背景的主要特征,并将输入的种子点作为聚类中心点;提出全局空间相似性度量标准并引入Gabor能量滤波器来计算图像中各点到聚类中心的距离;算法首次引入边缘密度概念定义权重因子,根据图像特点,自适应地计算图像中任意一点的纹理特征和颜色特征在特征空间中所占比例,使得到的特征更加准确地描述图像的本质属性。对具有自然纹理背景的图像进行仿真实验,应用两种性能指标来比较本文所提算法与随机游走算法的分割精度。实验结果表明,本文算法分割精度高于模糊聚类和随机游走算法。