工况 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 负大 负小 0.7 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0.3 0.4 0.3 0 0 0 0 0 0 0 零 0 0.3 0.5 0.3 0 0 0 0 0 0 正小 正大 负大 负小 0 0 0.2 0.4 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0.3 0.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.7 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0.3 0.4 0.3 0 0 零 0 0 0 0 0 0 0.3 0.5 0.3 0 正小 正大 0 0 0 0 0 0 0 0.2 0.4 0.3 0 0 0 0 0 0 0 0 0.3 0.7 表中6~15分别表示混合料仓料位过低、低、适中、高、过高以及混合料仓料位变化率负大、负小、零、正大、正小,表中没有列出的其它事实项的权重全部为零。
根据获取的经验知识,定出15种典型工况和28个事实项对应得权重矩阵,即两者的模糊关系RACF表示如下:
RACF??11??????m1? (8)
??mn??28?15i在典型工况j表现出来的重要程度,且
?1n?其中?ij(1?i?m,1?j?n)表示事实项
??i?1mij?1。?ij可以为0,如式(9)中反映“BTP大滞后”的事实项只有6个存在权重,
其余的22个全部为零。当?ij?0时,表示该事实项在反映典型工况时不起作用。
28个事实项在典型工况的知识获取中经模糊化后,可以得到如下的隶属度向量:
?F???f?AC???AC1?f2?fm? (9)
Tn设15中典型工况的隶属度向量为:
1?AC2?AC?T (10)
模糊诊断的过程就是进行模糊关系的运算,如下所示:
T?T??RACF????f??i1????f??i2?ACFii?ii??fi??ini? ??AC1??AC2?ACjn??? (11)
j其中符号?表示取大,?表示取小,?AC理解为典型工况发生的可能性,当然?AC越大,发生的可能性越大。
如当前时刻的BTP位置的变化率、BTP温度、17#~19#风箱温度平均值的变化率、BRP、混合料仓料位及其变化率6个事实分别为-0.2个、400℃、7℃/(5s)、17号风箱、75t、0.6t/(5s),经模糊化后得到的隶属度向量?F=(0,0.667,0.333,0,0,0.364,0.636,0,0,0,0,0.6,0.4,0,0,1,0,0,0,0,0.5,0.5,0,0,0,0,0.8,0.2)T,由于每种工况对应的事实项序列的权重叠加起来为1,隶属度向量要经过归一化处理,得到
?F=(0,0.167,0.083,0,0,0.91,0.159,0,0,0,0,0.15,0.1,0,0,25,0,0,
0,0,0.5,0.5,0,0,0,0,0.8,0.2)T依据式(11)的运算得到15中典型工况的隶属度向量?AC=(0.091,0.1,0.15,0.1,0.1,0,0.3,,0.5,0.4,0.3,0,0,0.2,0.4,0.3)。如工况BTP大滞后的隶属度是这样得到的:
T?BTP大滞后?[(0?0.1)?(0.167?0.05)?(0.083?0)?(0?0)?(0?0) ?(0.091?0.1)?(0.159?0)?(0?0)?(0?0.25)?(0?0.1) ?(0?0.05)?(0.15?0)?(0.1?0)?(0?0.2)?(0?0.1) ?(0.25?0.05)?(0?0)?(0?0)]?0.091采用隶属度最大的原则进行解模糊,通过比较各典型工况的隶属度,最大者即为当前典型工况。由于模糊诊断得到的是烧结过程的三个典型工况,分别是BTP工况、混合料仓料位及其变化率的工况,通过比较前5种典型工况的隶属度值,最大者为BTP当前工况;通过比较中间5种典型工况的隶属度值,最大者为混合料仓料位当前工况;通过比较后5种典型工况的隶属度值,最大者为混合料仓料位变化率当前工况。如前面提到的例子,依据隶属度向量,通过隶属度最大的原则进行解模糊,得到当前的烧结工况为BTP正常,混合料仓料位适中,混合料仓料位的变化率正小。
得到BTP的工况后,再结合混合料仓料位及其变化率两者的工况进行经验组合,建立专家规则。专家规则采用了基于规则的表达形式,规则表由若干的经验规则组成,采用“IF 条件1 AND 条件2 AND条件3 THEN 结论”的形式,每条规则的输入条件由上述三类典型工况的与关系构成,结论是控制策略。总共建立125条规则,8套控制策略,在线调整各控制参
数,指导专家控制器的执行,控制策略具体描述如下:
(1)最大限度减慢机速;控制周期=1.0 min,控制步长=-0.02 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.7 m/min;
(2)中等限度减慢机速;控制周期= 5.0 min,控制步长=-0.02 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.7 m/min;
(3)最小限度减慢机速;控制周期=10.0 min,控制步长=-0.02 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.7 m/min;
(4)保持当前速度;控制周期=10.0 min,控制步长=0 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.7 m/min;
(5)最小限度加快机速;控制周期=1.0 min,控制步长=0.02 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.7 m/min;
(6)中等限度加快机速;控制周期=5.0 min,控制步长=0.02 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.7 m/min;
(7)最大限度加快机速;控制周期=10.0 min,控制步长=0.02 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.7m/min;
(8)维持正常速度;根据经验,将正常的理想烧结机速度(IdealSv)设为2.98 m/min,控制周期=1.0 min,若当前机速大于IdealSv,控制步长=-0.05 m/min,机速上限=3.28 m/min,机速下限=2.98 m/min;;若当前机速小于IdealSv,则控制步长=0.05 m/min,机速上限=2.98 m/min,机速下限=2.7 m/min;若两者相等,则保持机速为2.98 m/min。
专家控制规则表如下表所示:
表3专家规则表
混合料仓料位 过高 过高 过高 过高 过高
混合料仓料位变化率 正大 正小 零 负小 负大
大提前 (7) (7) (7) (6) (8)
小提前 (7) (7) (7) (5) (8)
BTP 正常 (7) (7) (7) (8) (8)
小滞后 (7) (7) (7) (8) (3)
大滞后 (7) (7) (7) (8) (2)
高 高 高 高 高 适中 适中 适中 适中 适中 低 低 低 低 低 过低 过低 过低 过低 过低
正大 正小 零 负小 负大 正大 正小 零 负小 负大 正大 正小 零 负小 负大 正大 正小 零 负小 负大
(7) (7) (7) (6) (6) (7) (7) (6) (5) (1) (6) (6) (2) (2) (1) (8) (8) (1) (1) (1)
(7) (6) (6) (5) (5) (6) (6) (8) (5) (1) (5) (5) (2) (2) (1) (8) (8) (1) (1) (1)
(7) (5) (5) (8) (8) (6) (8) (8) (8) (1) (8) (8) (2) (2) (1) (8) (8) (1) (1) (1)
(7) (5) (3) (2) (2) (3) (3) (8) (2) (1) (2) (2) (2) (1) (1) (2) (3) (1) (1) (1)
(7) (5) (2) (1) (1) (2) (2) (2) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1)
表中,(1)~(8)如控制策略所示。 ③ 专家控制
将整定完后的参数送给烧结机机速自调整模块,由该模块完成机速的在线下发。为了防止由于烧结机机速剧烈突变造成的烧结过程不稳顺的现象,实时采集烧结机当前的机速,在该机速的基础上,依据整定完后的参数,进行合理的调节,实现变周期变步长的烧结终点自动控制。机速自调整方式具体如式(12)所示。
PV?CS?SVLowLimit?SVLowLimit,?SV=?PV?CS,SVLowLimit?PV?CS?SVUpLimit (12)
?SVUpLimit,PV?CS?SVUpLimit?其中,SV表示下一控制周期机速下发值,PV表示当前控制周期机速检测值,CS表示控制步长,SVUpLimit表示机速上限,SVLowLimit表示机速下限。
如前面提到的例子,得到各典型工况后,通过查表4,可以得到当前工况下采用控制策略(8),并按照式(12)下发烧结机机速。
由图4和图5得知,本发明使得烧结终点基本稳定在22.5-23.5之间,偏差控制在±0.5个风箱之内,波动率为13%,降低了12%。
表5选用利用系数、转鼓指数和筛分指数这几个关键参数衡量本发明对烧结生产产量和质量的影响。其中利用系数是烧结机产量(t/h)与烧结机有效面积(m2)的商;转鼓指数是衡量烧结矿强度的指标;筛分指数衡量烧结矿粒度分布的指标。烧结矿利用系数提高了3.8%,同时转鼓指数提高了4.1%,筛分指数降低了4.1%。
表5 控制效果统计分析
控制方式 手动控制 自动控制
利用系数(t/h·m2)
1.32 1.37
转鼓指数 81.52 84.9
筛分指数 5.01 4.80
通过以上的数据图表分析,表明本发明取得了较好的工业应用效果,有效地的减少了手动控制烧结终点的波动,减小了操作工人的劳动强度,稳定了烧结终点,降低了返矿率,提高烧结矿的产量和质量。