一種水泥生料在分解爐內(nèi)分解過(guò)程的軟測(cè)量建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及水泥生料在分解爐內(nèi)分解過(guò)程的軟測(cè)量 建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在水泥生料分解過(guò)程中，由于衡量產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的生料分解率不能在線檢測(cè)，實(shí) 際生產(chǎn)中，只能通過(guò)人工離線化驗(yàn)分析得到。操作員根據(jù)離線分析的結(jié)果調(diào)整給煤量和風(fēng) 量。這樣容易導(dǎo)致產(chǎn)品不合格和預(yù)熱器C5下料管堵塞，造成生產(chǎn)停產(chǎn)。同時(shí)，由于生料邊 界條件頻繁變化致使生料分解率發(fā)生變化。因此，通過(guò)人工離線化驗(yàn)分析，很難保證生料分 解率在工藝規(guī)定的范圍內(nèi)。所以，必須采用軟測(cè)量技術(shù)對(duì)生料分解率進(jìn)行在線測(cè)量，從而保 證產(chǎn)品質(zhì)量并降低預(yù)熱器C5下料管堵塞發(fā)生率。
[0003] 最小二乘支持向量機(jī)（LS-SVM)已經(jīng)得到迅速發(fā)展，它是由Vapnik提出的標(biāo)準(zhǔn)支 持向量機(jī)的變形。為了減少最小二乘支持向量機(jī)輸入向量的個(gè)數(shù)，基于主元分析（PCA)和 最小二乘支持向量機(jī)的方法在很多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，如電力負(fù)荷預(yù)測(cè)，故障辨識(shí)， 柴油凝固點(diǎn)預(yù)測(cè)，人臉識(shí)別和密度評(píng)估等。然而，上述方法存在以下缺點(diǎn)，首先，PCA使用一 個(gè)靜態(tài)模型將輸入變量轉(zhuǎn)換為不相關(guān)的變量集；其次，核函數(shù)選擇具有學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的高斯 函數(shù)，但是不具有良好的預(yù)測(cè)能力。近年來(lái)，遞歸PCA(RPCA)方法已經(jīng)應(yīng)用在自適應(yīng)過(guò)程監(jiān) 督領(lǐng)域，在這個(gè)方法中，使用遺忘因子減小對(duì)模型的影響。然而數(shù)據(jù)飽和現(xiàn)象仍然不能徹底 的克服并且數(shù)據(jù)矩陣的尺寸逐漸增大。這樣增加了計(jì)算機(jī)的負(fù)荷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服水泥生料分解過(guò)程中，衡量產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的生料分解率不能在線檢測(cè)這 一缺陷，本發(fā)明提出了一種基于遞歸限定記憶的主元分析（RFMPCA)和最小二乘支持向量 機(jī)（LS-SVM)的方法，S卩：一種水泥生料在分解爐內(nèi)分解過(guò)程的軟測(cè)量建模方法。
[0005] 本文使用的生料分解設(shè)備是分解爐，使用遞歸限定記憶主元分析和最小二乘支持 向量機(jī)的方法。首先對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行離群點(diǎn)檢測(cè)，其次，在遞歸限定記憶主元分析中采用累 積百分方差的方法計(jì)算主元，最后，基于最小二乘支持向量機(jī)的核函數(shù)選擇線性核函數(shù)和 徑向基核函數(shù)。本發(fā)明所建立的生料分解率軟測(cè)量模型降低了預(yù)熱器C5下料管堵塞的幾 率，提高了設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)率，增加了臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
[0006] 本發(fā)明的軟測(cè)量模型技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明所提出的智能控制方軟測(cè)量模型依賴于硬件平臺(tái)，由智能軟件實(shí)現(xiàn)，其硬 件平臺(tái)核心由分解爐及其附屬設(shè)備組成，同時(shí)配備了測(cè)量?jī)x表，執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及進(jìn)行軟件計(jì) 算的計(jì)算機(jī)組成。其硬件平臺(tái)核心部分的聯(lián)接是分解爐的輸入端與預(yù)熱器C5下料口，輸出 端是預(yù)熱器C5下料管出口與回轉(zhuǎn)窯窯尾入口（生料分解過(guò)程工藝流程如圖1所示）。
[0008] 生料分解系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x表包括：
[0009] 實(shí)驗(yàn)室激光粒度分析儀，用于測(cè)量生料粒度y;
[0010] 實(shí)驗(yàn)室成分分析儀，用于測(cè)量生料中氧化鈣含量入Ca
[0011] 實(shí)驗(yàn)室成分分析儀，用于測(cè)量生料中氧化鐵含量入
[0012] 安裝在生料倉(cāng)下面的生料秤，用于測(cè)量生料流量^
[0013] 安裝在窯尾風(fēng)機(jī)電機(jī)上的智能數(shù)顯表，用于在線測(cè)量電機(jī)電流I?;
[0014] 安裝在窯尾喂料風(fēng)機(jī)電機(jī)上的智能數(shù)顯表，用于在線測(cè)量電機(jī)電流Iwl;
[0015] 安裝在回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)上的智能數(shù)顯表，用于在線測(cè)量電機(jī)電流Iu;
[0016] 安裝在窯尾處的熱電偶，用于在線測(cè)量窯尾溫度T?;
[0017] 安裝在窯頭處的熱電偶，用于在線測(cè)量窯頭溫度Tyt;
[0018] 安裝在預(yù)熱器C5出口的熱電偶，用于在線測(cè)量預(yù)熱器C5出口溫度Tra;
[0019] 安裝在預(yù)熱器Cl出口的熱電偶，用于在線測(cè)量預(yù)熱器Cl出口溫度TC1;
[0020] 安裝在三次風(fēng)管的熱電偶，用于在線測(cè)量三次風(fēng)的溫度Tsc;
[0021] 安裝在分解爐中部的熱電偶，用于在線測(cè)量分解爐的溫度1^;
[0022] 安裝在窯尾中部的壓力變送器，用于在線測(cè)量窯尾壓力P?;
[0023] 安裝在回轉(zhuǎn)窯下料口的壓力變送器，用于在線測(cè)量二次風(fēng)的壓力PEC;
[0024] 其執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括：
[0025] 回轉(zhuǎn)窯給煤機(jī)UHZ;
[0026] 分解爐給煤轉(zhuǎn)子秤U%;
[0027] 高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速Uew;
[0028] 本發(fā)明軟測(cè)量模型既可以運(yùn)行在分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)（DCS)或可編程序邏輯 控制系統(tǒng)（PLC)上，也可以通過(guò)通訊方式運(yùn)行于獨(dú)立的計(jì)算機(jī)上，該軟件從控制系統(tǒng)獲得 實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)，然后根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟測(cè)量建模，從而獲得生料分解過(guò)程生料分解 率。
[0029] 本發(fā)明方法包括以下步驟：
[0030] 步驟一、生料分解過(guò)程實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的獲得
[0031] 程序從控制系統(tǒng)獲得生料分解過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括：生料粒度Y、氧化鈣含量 入 &、氧化鐵含量AFe、生料流量Fp窯尾風(fēng)機(jī)電流IYW、喂料風(fēng)機(jī)電流4、回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)電流 IZJ、窯尾溫度TYW、窯頭溫度Tyt、預(yù)熱器C5出口溫度Tra、預(yù)熱器C1出口溫度TC1、三次風(fēng)溫度 Tsc、分解爐溫度T%、窯尾壓力PYW和二次風(fēng)壓力PE。;回轉(zhuǎn)窯給煤機(jī)給煤量UHZ、分解爐轉(zhuǎn)子秤 給煤量U%和高溫風(fēng)機(jī)電機(jī)Uffl。
[0032] 步驟二：生料分解過(guò)程特征數(shù)據(jù)濾波處理：
[0033] 本發(fā)明對(duì)特征數(shù)據(jù)采用魯棒3Smad的離群點(diǎn)檢測(cè)方法，魯棒3s_是一種典型的非 線性濾波器，它可以很好的將奇異數(shù)據(jù)濾除，舉例如下：
[0034] 給定測(cè)量值序列Xi(i= 1，2,…，n)，3 〇規(guī)則如式（1)所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種水泥生料在分解爐內(nèi)分解過(guò)程的軟測(cè)量建模方法，其特征在于：該建模方法依 賴硬件平臺(tái)，所述方法包括以下步驟： 步驟一、生料分解過(guò)程實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的獲得 程序從控制系統(tǒng)獲得生料分解過(guò)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，包括：生料粒度γ、氧化鈣含量λ&、 氧化鐵含量λ 、生料流量窯尾風(fēng)機(jī)電流Iyw、喂料風(fēng)機(jī)電流Ip回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)電流Ιζτ、 窯尾溫度T yw、窯頭溫度Tyt、預(yù)熱器C5出口溫度Tra、預(yù)熱器Cl出口溫度Ta、三次風(fēng)溫度T sc、 分解爐溫度Tfl、窯尾壓力Pyw和二次風(fēng)壓力P E。;回轉(zhuǎn)窯給煤機(jī)給煤量U HZ、分解爐轉(zhuǎn)子秤給煤 量U%和高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速U 步驟二：生料分解過(guò)程特征數(shù)據(jù)濾波處理 給定測(cè)量值序列Xi Q = 1，2,…，η)，3 σ規(guī)則如式（1)所示： (1)
式（1)中，〒是測(cè)量序列的平均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差。但是，當(dāng)數(shù)據(jù)點(diǎn)包含離群點(diǎn)時(shí)，這 個(gè)方法經(jīng)常是不起作用的致使檢測(cè)太少的離群點(diǎn)；對(duì)建模的影響，將式（1)用式（2)表示； 其中，Xi (i = 1，2,…，η)按照升序排列，即χ(1)彡…彡X ω; I Xi_XMed I〉3smD, (2) 其中，Xfcd為排序后數(shù)據(jù)序列的中值，如式（3) ,Smad是標(biāo)準(zhǔn)偏差的無(wú)偏估計(jì)，如式（4):
式中又3Z1， s_= I. 4826XMed(|x「xMed|，…，|xn-xMed|) (4) 步驟三：基于遞歸限定記憶主元分析（RFMPCA) 定義數(shù)據(jù)長(zhǎng)度是L，其中ni<L，則每列的均值Id1如式（5)所示：
其中、=[U，···,If e，。將4轉(zhuǎn)變成標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)矩陣滿足式（6)，
因此，協(xié)方差矩陣％為
當(dāng)?shù)趉(k= 1，···，η)個(gè)采樣值被獲得時(shí)，每列的均值bk如式⑶所示：
其中Ik= [1，1，…，1] Te Rk。根據(jù)式⑶，bk_t如式（9)所示：
其中Ilrt= [1，1，…，1] Te Rk'遞歸限定記憶的任務(wù)是計(jì)算b (k，k-L+l)、X(k，k-L+l)和 V(k，H+1)。通過(guò)式⑶和式（9)，b(k，k_ L+1)和X(k，k_L+1)分別如式（10)和式（11)所示，
式（11)中，Uk= (X kl，· · ·，xkp)，k = 1，…，η,
因此，協(xié)方差矩陣V (k, k-L+1) 可以通過(guò)式（12)求得：
使用累積百分方差（CPV)的方法計(jì)算主元，如式（13)所示，
其中k是主元的個(gè)數(shù)。選擇CPV的期望值為90% ; 步驟四：最小二乘支持向量機(jī) 假定有一組訓(xùn)練數(shù)據(jù)lxk，yk}，k= 1，2,…n，其中Xk是輸入空間變量，yk是輸出變量。 最小二乘的優(yōu)化問(wèn)題如式（14)所示：
(14) 其中c是正的實(shí)值常數(shù)，Ii是一個(gè)松散變量； 我們定義Lagrangian函數(shù)如式（15)所示：
其中a = 1，2, ...η)是拉格朗曰乘子，通過(guò)對(duì)式（15)取偏導(dǎo)，艮P
其中K (X，Xj)是一個(gè)任意的對(duì)稱函數(shù)且滿足Mercer條件，a，b是式（17)的解； 核函數(shù)K(Xi，Xp可以表示為線性核函數(shù)^^以與徑向基核函數(shù)1(2〇^\)之和的形 式，如式（19)所示： K (Xi, Xj) = K1 (Xi, Xj) +K2 (Xi, Xj) ; (19) 因此式（19)可表示為
其中 0<γ<1，γ eR; 為了獲得式（20)中的參數(shù)集（c，〇，γ)，定義誤差評(píng)價(jià)函數(shù)為：
給定參數(shù)c, σ和γ的搜索范圍為： Σ c= {〇· 5, 1. 5, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 50, 100}, Σ。= {〇· 01，〇· 05, 0· 1，0· 5, 1，1. 5, 2. 5， 3, 3. 5, 5}, Σ γ = {〇. 05, 0. 1, 0. 2, 0. 3, 0. 4, 0. 5, 0. 6, 0. 7, 0. 8, 0. 9}, 采用網(wǎng)格搜索的方法并且使式（21)取最小，即： e (c, σ，γ ) = min (e) (22) 〇
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水泥生料在分解爐內(nèi)分解過(guò)程的軟測(cè)量建模方法，其特征在 于：所依賴的硬件平臺(tái)包括分解爐、計(jì)算機(jī)和附屬設(shè)備，其中計(jì)算機(jī)獲得生料分解過(guò)程的數(shù) 據(jù)并進(jìn)行處理；其中分解爐的輸入端為預(yù)熱器C4出口，輸出端是預(yù)熱器C5下料管出口與回 轉(zhuǎn)窯窯尾入口； 實(shí)驗(yàn)室激光粒度分析儀，用于測(cè)量生料粒度γ ; 實(shí)驗(yàn)室成分分析儀，用于測(cè)量生料中氧化鈣含量Aca 實(shí)驗(yàn)室成分分析儀，用于測(cè)量生料中氧化鐵含量λ 安裝在生料倉(cāng)下面的生料秤，用于測(cè)量生料流量Fr 安裝在窯尾風(fēng)機(jī)電機(jī)上的智能數(shù)顯表，用于在線測(cè)量電機(jī)電流Iyw; 安裝在窯尾喂料風(fēng)機(jī)電機(jī)上的智能數(shù)顯表，用于在線測(cè)量電機(jī)電流 安裝在回轉(zhuǎn)窯主電機(jī)上的智能數(shù)顯表，用于在線測(cè)量電機(jī)電流Iu; 安裝在窯尾處的熱電偶，用于在線測(cè)量窯尾溫度Tyw; 安裝在窯頭處的熱電偶，用于在線測(cè)量窯頭溫度Tyt; 安裝在預(yù)熱器C5出口的熱電偶，用于在線測(cè)量預(yù)熱器C5出口溫度Tra; 安裝在預(yù)熱器Cl出口的熱電偶，用于在線測(cè)量預(yù)熱器Cl出口溫度Ta; 安裝在三次風(fēng)管的熱電偶，用于在線測(cè)量三次風(fēng)的溫度Tsc; 安裝在分解爐中部的熱電偶，用于在線測(cè)量分解爐的溫度T%; 安裝在窯尾中部的壓力變送器，用于在線測(cè)量窯尾壓力Pyw; 安裝在回轉(zhuǎn)窯下料口的壓力變送器，用于在線測(cè)量二次風(fēng)的壓力Pec; 其執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括： 回轉(zhuǎn)窯給煤機(jī)Uhz; 分解爐給煤轉(zhuǎn)子秤Ufl; 高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速Uew。
【專利摘要】一種生料分解率軟測(cè)量建模方法，其特征在于該方法依賴于硬件平臺(tái)，包括以下步驟：步驟一、生料分解過(guò)程實(shí)時(shí)過(guò)程數(shù)據(jù)的獲得；步驟二：生料分解過(guò)程特征數(shù)據(jù)濾波處理；步驟三：基于遞歸限定記憶主元分析（RFMPCA）；步驟四：最小二乘支持向量機(jī)。本發(fā)明的有益效果：這種方法不依賴于生產(chǎn)過(guò)程的精確數(shù)學(xué)模型，適應(yīng)復(fù)雜工況條件的變化。同時(shí)，減輕了操作工人的強(qiáng)度，使生料分解過(guò)程始終處于正常的工作狀態(tài)。
【IPC分類】G05B19-418
【公開號(hào)】CN104536396
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410742397
【發(fā)明人】喬景慧
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日