基于有限信息的銅吹煉動態(tài)過程智能集成建模

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1、第26卷第8期2009年8月文章編號:1000?8152(2009)08?0860?07控制理論與應(yīng)用ControlTheory&ApplicationsVol.26No.8Aug.2009基于于有有限信息的銅吹煉動態(tài)過程智能集成建模王雅琳,桂衛(wèi)華,陽春華,謝永芳,宋海鷹(中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖南長沙410083)摘要:針對具有強動態(tài)變化特征但過程信息有限可知的銅轉(zhuǎn)爐吹煉過程,提出一種基于有限數(shù)據(jù)信息的吹煉動態(tài)過程智能集成建模方法.依據(jù)冶金反應(yīng)動力學(xué)原理,建立了描述吹煉過程反應(yīng)體系變化的非線性

2、動力學(xué)模型;引入動力學(xué)系數(shù)修正因子,基于有限的數(shù)據(jù)信息和龍格–庫塔公式,構(gòu)建了動力學(xué)系數(shù)修正因子的優(yōu)化模型;結(jié)合智能決策生成的典型樣本集,提出了基于微粒群算法和模式搜索法的混合智能算法確保有效獲得最優(yōu)修正因子,最終形成吹煉過程的動態(tài)模型.用實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)仿真實驗,模型預(yù)測的最大相對誤差小于5%,仿真結(jié)果驗證了模型有效性.關(guān)鍵詞:銅轉(zhuǎn)爐吹煉;動態(tài)過程;智能集成建模;有限數(shù)據(jù)信息;混合智能算法中圖分類號:TF355;TP391.9文獻標(biāo)識碼:AIntelligentintegratedmodelingforth

3、edynamiccopper-convertingprocessbasedonlimiteddatainformationWANGYa-lin,GUIWei-hua,YANGChun-hua,XIEYong-fang,SONGHai-ying(SchoolofInformationScienceandEngineering,CentralSouthUniversity,ChangshaHunan410083,China)Abstract:Forthecopper-convertingprocesswith

4、significantvariationindynamicsandlimitedinformationofprocess,weproposeanintelligentintegratedmodelingmethodbasedonitslimiteddatainformation.First,wedevelopanonlinearreactionkineticmodelforthecopper-convertingprocessbythemetallurgicalreactionprinciples;sec

5、ond,wecreateamodelforoptimizingitskineticcoefficientsbasedonthelimiteddataandbyusingtheRunge-Kuttaformula.Finally,byemployingparticleswarmoptimizationandpatternsearcheswiththetypicalsamplesetgeneratedbyintelligentdecision,weputforwardahybridintelligentalg

6、orithmtoacquiretheoptimalkineticcoefficientsforthedynamicmodelofcopperconvertingprocess.Themaximumrelativeerrorislessthan5%,whencomparingthesimulationresultofourdynamicmodelwiththerealvalueofthePeirce-Smith(PS)converterinacoppersmeltery.Thisshowstheeffect

7、ivenessoftheproposedmodel.Keywords:copperconverting;dynamicprocess;intelligentintegratedmodeling;limiteddatainformation;hybridintelligentalgorithm1引言(Introduction)銅轉(zhuǎn)爐吹煉是火法煉銅的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié),現(xiàn)有生產(chǎn)以人工操作方式為主,產(chǎn)品質(zhì)量波動大、合格率低,能源資源浪費嚴(yán)重,急需通過過程的優(yōu)化控制予以解決.銅轉(zhuǎn)爐吹煉過程是一個復(fù)雜的間歇式、高溫、多相

8、熔池反應(yīng)過程,涉及化學(xué)反應(yīng)、傳熱、傳質(zhì)、流體流動等,具有強烈的動態(tài)變化特征.要實現(xiàn)銅轉(zhuǎn)爐吹煉過程的優(yōu)化控制,建立該過程的數(shù)學(xué)模型是非常重要的.然而基于熱力學(xué)平衡計算的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型[1,2],難以描述吹煉的動態(tài)過程.盡管不少學(xué)者針對銅锍吹煉過程的反應(yīng)動力學(xué)開展了研究,并建立了一些動力學(xué)模型[3～6],但這些模型主要考慮吹煉過程中某一化學(xué)反應(yīng),缺乏對吹煉過程反應(yīng)體系的整體描述,難以用于優(yōu)化控制.另一方面,盡管神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機