一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法，其內(nèi)容包括：根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過程料面模型函數(shù)，建立一個參數(shù)化的預(yù)測模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方程；基于支持向量機(jī)回歸的雷達(dá)散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合獲取原始料面形狀：根據(jù)雷達(dá)所測數(shù)據(jù)求解預(yù)測模型的原始料面形狀參數(shù)：使用雷達(dá)測量高爐中不同半徑多個點(diǎn)位的料面高度信息，采用支持向量機(jī)在回歸問題的應(yīng)用對料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線；根據(jù)布料機(jī)理關(guān)系和雷達(dá)數(shù)據(jù)確定相關(guān)參數(shù)，以此校正預(yù)測模型；基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀參數(shù)校正；得到新的料面形狀函數(shù)作為輸出結(jié)果并反饋?zhàn)鳛橄乱淮蔚脑剂厦妗?br>【專利說明】
一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及高爐煉鐵的自動控制領(lǐng)域，更具體地說是涉及一種多信息融合的高爐 布料過程料面形狀建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高爐冶煉過程作為鋼鐵生產(chǎn)過程的上游工序，其C02的直接和相關(guān)排放占鋼鐵工 業(yè)總排放量的90%，能耗則占鋼鐵工業(yè)總能耗的70%。所以，高爐冶煉是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能 減排的主要潛力所在。要使高爐實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，關(guān)鍵是對高爐進(jìn)行高效控制。而對高 爐的控制，關(guān)鍵是對高爐爐溫的高效控制，也就是在保持生鐵質(zhì)量的前提下，盡量降低高爐 爐溫，使其盡可能接近容許的下限，從而降低成本，減少能耗和排放，并保持高爐的順行。高 爐布料作為高爐上部的主要操作，合理的爐料分布對于直接影響高爐內(nèi)部煤氣流分布，對 于提高煤氣利用率，調(diào)節(jié)透氣性指數(shù)和上部溫度場調(diào)控至關(guān)重要。
[0003] 對于高溫高壓封閉條件下的高爐冶煉過程，高爐料面的形狀是肉眼不可見的，即 使是使用雷達(dá)也很難獲取完全清晰全面的圖像。所以需要采用多種方法進(jìn)行信息融合，來 獲取較為準(zhǔn)確和全面的料面形狀模型，包括布料過程機(jī)理推導(dǎo)，非平面顆粒堆積函數(shù)，基于 SVM的平面散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合和離散元實(shí)驗(yàn)法料面形狀校正。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，考慮多種建模方法綜合建模的特點(diǎn)，提供一種 多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法。
[0005] 為解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法，內(nèi)容包括如下步驟：
[0007] 1.根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料 過程料面模型函數(shù)，建立一個參數(shù)化的預(yù)測模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方 程；
[0008] 根據(jù)顆粒堆積規(guī)律，確定高斯函數(shù)和三角函數(shù)作為爐料堆積方程的基本函數(shù)，根 據(jù)爐料落點(diǎn)參數(shù)求解方法得到的爐料落點(diǎn)的置使用不同的函數(shù)描述方式;選擇原則是：當(dāng) 落點(diǎn)位置為平面或者斜率較小時使用高斯函數(shù)描述方法;當(dāng)落點(diǎn)為斜面且斜率比較大時使 用三角函數(shù)描述方法；
[0009] 2.基于支持向量機(jī)回歸（Support Vector Regression，SVR)的雷達(dá)散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合 獲取原始料面形狀:根據(jù)雷達(dá)所測數(shù)據(jù)求解預(yù)測模型的原始料面形狀參數(shù):使用雷達(dá)測量 高爐中不同半徑多個點(diǎn)位的料面高度信息，采用支持向量機(jī)在回歸問題的應(yīng)用對料面高度 散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線；
[0010] 利用高爐所安裝的雷達(dá)裝置，采集高爐中部分坐標(biāo)點(diǎn)的料面高度信息；首先為高 爐料面建立一個極坐標(biāo)系；使用雷達(dá)測量高爐中不同半徑多個點(diǎn)位的料面高度信息，再采 用支持向量回歸方法對料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面曲線；
[0011] 由于高爐的無料鐘布料裝置都是環(huán)形布料方式，所以在同一半徑上，料面的高度 是一致的，因此，極坐標(biāo)系不需要考慮角坐標(biāo)的問題，只需要考慮不同半徑的多個點(diǎn)位；
[0012] 3.根據(jù)布料機(jī)理關(guān)系和雷達(dá)數(shù)據(jù)確定相關(guān)參數(shù)，以此校正預(yù)測模型；
[0013] 4.基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀參數(shù)校正；
[0014] 所述的離散元法就是把研究對象分離為剛性元素的集合，使每個元素滿足牛頓第 二定律，用中心差分的方法求解各元素的運(yùn)動方程，得到研究對象的整體運(yùn)動形態(tài)；
[0015] 根據(jù)高爐布料過程實(shí)質(zhì)是爐料運(yùn)動過程，這個過程是受力學(xué)法則支配的；為了定 量分析爐料分布，首先建立布料方程；
[0016] 爐料在高爐三維模型中進(jìn)行運(yùn)動，爐料通過導(dǎo)料管進(jìn)入高爐，在溜槽上的運(yùn)動符 合運(yùn)動定律，離開溜槽作平拋運(yùn)動，最終在原始料面上進(jìn)行堆積;根據(jù)布料制度設(shè)置溜槽的 傾角和旋轉(zhuǎn)角速度，根據(jù)一批爐料的總量再設(shè)置顆粒數(shù)量，最后根據(jù)力學(xué)方程進(jìn)行仿真計 算，得到一次布料后的高爐料面形狀三維仿真圖，讀取一個切面上的料面高度信息，將擬合 料面函數(shù)曲線和采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過程料面模型函數(shù)加權(quán)整合，來校正料面形 狀函數(shù)；
[0017] 5.得到新的料面形狀函數(shù)作為輸出結(jié)果并反饋?zhàn)鳛橄乱淮蔚脑剂厦妗?br>[0018] 由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀 建模方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有這樣的有益效果:料面形狀對于高爐內(nèi)部煤氣流分布和溫 度場起到?jīng)Q定性作用。以往只能通過爐長的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布料決策，本發(fā)明主要完善了高爐料 面的獲取和表示方法;結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)知識設(shè)計了自動布料決策機(jī)制；利用機(jī)理推導(dǎo) 和仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬驗(yàn)證，初期可以對爐長的布料決策提供重要的參考意見，技術(shù)成熟后 可以實(shí)現(xiàn)自動布料和定點(diǎn)布料，提高布料過程的準(zhǔn)確性、快速性。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的高爐料面建模方法過程圖；
[0020] 圖2是本發(fā)明的基于雷達(dá)數(shù)據(jù)的原始料面確定方法示意圖；
[0021 ]圖3是爐料堆積模型參數(shù)確定過程的示意圖；
[0022]圖4是本發(fā)明的離散元法原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0024] 本發(fā)明的一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法，其高爐料面建模方 法過程圖如圖1所示;該方法內(nèi)容包括如下步驟：
[0025] 步驟11根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐 布料過程料面模型函數(shù)，建立一個參數(shù)化的預(yù)測模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆 積方程；
[0026] 所述確定爐料堆積方程，就是根據(jù)顆粒堆積規(guī)律確定高斯函數(shù)和三角函數(shù)作為爐 料堆積方程的基本函數(shù)，根據(jù)爐料落點(diǎn)參數(shù)求解方法得到的爐料落點(diǎn)位置使用不同的函數(shù) 描述方式;其選擇原則是：當(dāng)爐料落點(diǎn)位置為平面或者斜率較小時使用高斯函數(shù)描述方法； 當(dāng)爐料落點(diǎn)為斜面且斜率比較大時使用三角函數(shù)描述方法;具體描述方法如下：
[0027] (1)高斯函數(shù)描述方法：
[0031]利用符號函數(shù)sgn(x):
[0033]將(1)式和(2)式兩種函數(shù)結(jié)合得到如下料面形狀預(yù)測模型：
[0035] (4)式中待確定的參數(shù)為A、B、C、D和E五個參數(shù)，
[0036]其中:A是堆積輪廓最高點(diǎn)，根據(jù)爐料總量確定；
[0037] B是爐料落點(diǎn)位置，根據(jù)爐料落點(diǎn)位置確定；
[0038] C是爐喉半徑，為高爐固定數(shù)據(jù)常數(shù)；
[0039] D是落點(diǎn)料面斜率，根據(jù)原始料面形狀確定；
[0040] E是料線深度，可以根據(jù)探尺檢測；
[0041] 步驟12、基于支持向量機(jī)回歸（Support Vector Regression，SVR)的雷達(dá)散點(diǎn)數(shù) 據(jù)擬合獲取原始料面形狀:根據(jù)雷達(dá)所測數(shù)據(jù)求解預(yù)測模型的原始料面形狀參數(shù):使用雷 達(dá)測量高爐中不同半徑多個點(diǎn)位的料面高度信息，采用支持向量機(jī)在回歸問題的應(yīng)用 (SVR)對料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線；
[0042]本發(fā)明的基于雷達(dá)數(shù)據(jù)的原始料面確定方法如圖2所示;利用高爐所安裝的雷達(dá) 裝置，采集高爐中部分坐標(biāo)點(diǎn)的料面高度信息;首先為高爐料面建立一個極坐標(biāo)系;使用雷 達(dá)測量高爐中不同半徑多個點(diǎn)位的料面高度信息，再采用支持向量回歸（SVR)方法對料面 高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線。圖2A是高爐料面俯視圖建立的二維坐標(biāo)系，其中陰 影部分是雷達(dá)未測清楚區(qū)域，在可測清晰區(qū)域選取盡量多的點(diǎn)，圖中選取7個點(diǎn)為例子表 征，它們的半徑分別為Ri-R?;圖2B是建立的新直角坐標(biāo)系，X軸為半徑R，Y軸為該半徑上的點(diǎn) 對應(yīng)的料面高度H，這樣取得一系列的散點(diǎn)后用SVR進(jìn)行曲線擬合，
[0043]高爐數(shù)據(jù)樣本集合為：
[0044] S={(xi,yi), (x2,y2) ,···, (χν,Υν) ,XieRd,yieRd} (5)
[0045] 所述采用支持向量回歸（SVR)方法對料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線， 該方法具體內(nèi)容包括：
[0046] 建立非線性支持向量機(jī)，這時的判別函數(shù)與樣本特征是非線性函數(shù)關(guān)系；以下面 的二次判別函數(shù)為例：
[0047] g(x) =C0+C1X+C2X2= [C0，C1，C2]T[1，x，x2] =cTy (6)
[0048] 該判別函數(shù)是特征x的非線性函數(shù)，但卻是特征向量y的線性函數(shù)；
[0049] 非線性支持向量機(jī)就是采用引入非線性特征變換來將原空間中的非線性問題轉(zhuǎn) 化為新空間的線性問題，通過這種變換實(shí)現(xiàn)非線性分類;如果對特征X引入非線性變換得新 特征Z = f (*)，則新的特征空間決策函數(shù)為：
[0051 ]相應(yīng)的優(yōu)化問題為：
[0059] 不論爐所生成的變換空間的維數(shù)多高，這個空間里的線性支持向量機(jī)求解都可 以在原空間通過核函數(shù)K(Xl， Xj)進(jìn)行，這樣就避免了高維空間里的計算，而且計算核函數(shù)K (Xl，^)的復(fù)雜度與計算內(nèi)積并沒有實(shí)質(zhì)性的增加，只要知道核函數(shù)，沒有必要知道的 具體形式；
[0060] 讀取現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行訓(xùn)練；
[0061] 在非線性情況下，支持向量回歸的擬合函數(shù)形式為：
[0063]其中&是以下優(yōu)化問題的解：
[0066] 0<?； <C/ = 1,2,···,/
[0067] O^Qi^C,i = l,2,---,1
[0068] 利用SVR算法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到料面函數(shù)曲線。
[0069]步驟13、根據(jù)布料機(jī)理關(guān)系和雷達(dá)數(shù)據(jù)確定相關(guān)參數(shù)，以此校正預(yù)測模型；
[0070]步驟14、基于離散單元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀參數(shù)校正，以此校正預(yù)測模型； [0071]步驟15、得到新的料面形狀函數(shù)作為輸出函數(shù)結(jié)果并反饋?zhàn)鳛橄乱淮蔚脑剂?面。
[0072] 在步驟11中所述的爐料堆積模型，其參數(shù)確定過程如圖3所示;其中：
[0073] 高爐半徑(堆積寬度)31-C為高爐固定數(shù)據(jù)常數(shù)；
[0074] 爐料質(zhì)量(剖面面積)32 - A根據(jù)爐料總量確定爐料堆積模型的爐料落點(diǎn)參數(shù)，每 批料都有會先設(shè)定布料的爐料質(zhì)量，再根據(jù)不同的爐料密度不同求出爐料的體積，最后帶 入到如下方程中：
[0076] 在（13)式中：R為高爐的半徑，fTopSurface為新的料面方程，fBaseSurface為原始料面方 程;在所有參數(shù)確定之后，最后求解A的值；
[0077] 溜槽傾角(最高點(diǎn)位置)33-B根據(jù)爐料落點(diǎn)位置確定爐料堆積模型的爐料落點(diǎn)參 數(shù);爐料落點(diǎn)參數(shù)求解方法包括如下步驟：
[0078] 根據(jù)高爐布料過程實(shí)質(zhì)是爐料運(yùn)動過程，這個過程是受力學(xué)法則支配的；為了定 量分析爐料分布，首先建立布料方程；
[0079] 所述建立布料方程的步驟包括如下內(nèi)容：
[0080] 設(shè)爐料從導(dǎo)料管落入以ω速度旋轉(zhuǎn)的溜槽，一塊爐料質(zhì)量為m、重量為Q，進(jìn)入溜槽 煙溜槽方向初速度為v〇(m/s)，爐料在溜槽某點(diǎn)的速度為v(m/s)，爐料在溜槽末端速度為^ (m/s)，爐料與溜槽的摩擦系數(shù)為μ，溜槽傾角為β，溜槽旋轉(zhuǎn)角速度為ω，溜槽長度為1，爐料 在溜槽上受到的力包括：
[0081] (1)重力：
[0082] G=mg (14)
[0083] (2)慣性離心力：
[0084] F = 43T2〇2lmcos(0) (15)
[0085] (3)溜槽對爐料的反作用力：
[0086] N=mgcos0-43T2 ω 2lmcosPsinP (16)
[0087] (4)爐料與溜槽之間的摩擦力：
[0088] Ff = ymcosP(g-43T2 ω 2lsinP) (17)
[0089] (5)慣性科氏力：
[0090] Fk = 43i ω ulmcos2P (18)
[0091] 所以受力總和為：
[0092] EF = (sin0-ycosP)+43T2lmcosP(cosP+ysinP) (19)
[0093] 因?yàn)椋?br>[0094]
[0095] 所以得到離開溜槽時的速度為：
[0097]爐料在爐喉空區(qū)內(nèi)運(yùn)動受到爐內(nèi)煤氣流產(chǎn)生的向上的阻力P:
[0099] 其中，k一流體阻力系數(shù)；γ-氣體密度;s-爐料最大橫截面積；
[0100] 爐料在空區(qū)內(nèi)下降所用的時間為t2,根據(jù)拋物體運(yùn)動方程得到方程組
[0103] 其中h表示料線深度，可由料尺測量得到，Lx可以表示為：
[0105]綜上爐料落點(diǎn)位置與高爐中心點(diǎn)水平距離表達(dá)式：
[0107] 確定參數(shù)爐料落點(diǎn)位置就是η。
[0108] 料線35-Ε可以根據(jù)探尺檢測；
[0109] 基于雷達(dá)數(shù)據(jù)的原始料面34-D:原始料面的剖面形狀雷達(dá)數(shù)據(jù)來源于步驟12。
[0110] 在步驟14中所述的離散元法其原理如圖4所示。離散元法就是把研究對象分離為 剛性元素的集合，使每個元素滿足牛頓第二定律，用中心差分的方法求解各元素的運(yùn)動方 程，得到研究對象的整體運(yùn)動形態(tài)。 所述基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀校正，其校正方法內(nèi)容包括如下步 驟：
[0112]步驟41、前處理:首先按照爐料的形狀建立爐料的三維模型，并設(shè)置其物理特性和 材料屬性;設(shè)置顆粒方案，顆粒生成的數(shù)量要和批料的質(zhì)量相關(guān);使用3D繪圖軟件繪制高爐 幾何模型，并導(dǎo)入到仿真系統(tǒng)中，設(shè)置高爐模型的材料和物理屬性；
[0113]步驟42、設(shè)置顆粒之間的作用力關(guān)系；
[0114]顆粒之間的作用力方程：
[0115]顆粒體之間平移運(yùn)動接觸模型：
[0117]其中，m為顆粒質(zhì)量;ν為顆粒運(yùn)動速度;Fn為受到的合外力;Fc為其法向量及處理； Fg為顆粒變形產(chǎn)生的阻尼力；
[0118]顆粒體之間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動接觸模型：
[0120] 其中I為轉(zhuǎn)動慣量;w為旋轉(zhuǎn)角速度;^為轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力;r為顆粒的半徑;FmS 其他顆粒所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)摩擦力;Fr為阻尼力；
[0121] 步驟43、后處理:運(yùn)行3D動畫演示和動態(tài)跟蹤，完成布料后會得到相應(yīng)料面形狀； 然后根據(jù)高度生成圖表，提取高度數(shù)據(jù)繪制料面形狀曲線；
[0122] 步驟44、修改相應(yīng)的條件:溜槽傾角、旋轉(zhuǎn)角速度，爐料質(zhì)量和爐料種類，進(jìn)行下次 實(shí)驗(yàn)仿真。
[0123] 爐料在高爐三維模型中進(jìn)行運(yùn)動，爐料通過導(dǎo)料管進(jìn)入高爐，在溜槽上的運(yùn)動符 合運(yùn)動定律，離開溜槽最平拋運(yùn)動，最終在原始料面上進(jìn)行堆積;根據(jù)布料制度設(shè)置溜槽的 傾角和旋轉(zhuǎn)角速度，再根據(jù)一批爐料的總量設(shè)置顆粒數(shù)量，最后根據(jù)力學(xué)方程進(jìn)行仿真計 算，得到一次布料后的高爐布料過程料面形狀三維仿真圖，讀取一個切面上的料面高度信 息，將擬合料面函數(shù)曲線和采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過程料面模型函數(shù)加權(quán)整合，來 校正料面形狀函數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法，其特征在于：一種多信息融合 的高爐布料過程料面形狀建模方法，內(nèi)容包括如下步驟： 1.1、 根據(jù)流體力學(xué)和統(tǒng)計學(xué)規(guī)律建立爐料堆積模型，采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過 程料面模型函數(shù)，建立一個參數(shù)化的預(yù)測模型，求解原始料面形狀參數(shù)，確定爐料堆積方 程； 根據(jù)顆粒堆積規(guī)律，確定高斯函數(shù)和三角函數(shù)作為爐料堆積方程的基本函數(shù)，根據(jù)爐 料落點(diǎn)參數(shù)求解方法得到的爐料落點(diǎn)位置使用不同的函數(shù)描述方式;選擇原則是：當(dāng)落點(diǎn) 位置為平面或者斜率較小時使用高斯函數(shù)描述方法；當(dāng)落點(diǎn)為斜面且斜率比較大時使用三 角函數(shù)描述方法;具體描述方法如下： (1) 高斯函數(shù)描述方法：- (1) (2) 三角函數(shù)描述方法：(2) 利用符號函數(shù)sgn(x): 、（3) 將(1)式和(2)式兩種函數(shù)結(jié)合得到如下料面形狀預(yù)測模型：(!) (4)式中待確定的參數(shù)為A、B、C、D和E五個參數(shù)， 其中:A是堆積輪廓最高點(diǎn)，根據(jù)爐料總量確定； B是爐料落點(diǎn)位置，根據(jù)爐料落點(diǎn)位置確定； C是爐喉半徑，為高爐固定數(shù)據(jù)常數(shù)； D是落點(diǎn)料面斜率，根據(jù)原始料面形狀確定； E是料線深度，可以根據(jù)探尺檢測； 1.2、 基于支持向量機(jī)回歸的雷達(dá)散點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合獲取原始料面形狀:根據(jù)雷達(dá)所測數(shù)據(jù) 求解預(yù)測模型的原始料面形狀參數(shù):使用雷達(dá)測量高爐中不同半徑多個點(diǎn)位的料面高度信 息，采用支持向量機(jī)在回歸問題的應(yīng)用對料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面曲線； 利用高爐所安裝的雷達(dá)裝置，采集高爐中部分坐標(biāo)點(diǎn)的料面高度信息；首先為高爐料 面建立一個極坐標(biāo)系；使用雷達(dá)測量高爐中不同半徑多個點(diǎn)位的料面高度信息，再采用支 持向量回歸方法對料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線； 1.3、 根據(jù)布料機(jī)理關(guān)系和雷達(dá)數(shù)據(jù)確定相關(guān)參數(shù)，以此校正預(yù)測模型； 1.4、 基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀參數(shù)校正； 所述的離散元法就是把研究對象分離為剛性元素的集合，使每個元素滿足牛頓第二定 律，用中心差分的方法求解各元素的運(yùn)動方程，得到研究對象的整體運(yùn)動形態(tài)； 根據(jù)高爐布料過程實(shí)質(zhì)是爐料運(yùn)動過程，這個過程是受力學(xué)法則支配的；為了定量分 析爐料分布，首先建立布料方程； 爐料在高爐三維模型中進(jìn)行運(yùn)動，爐料通過導(dǎo)料管進(jìn)入高爐，在溜槽上的運(yùn)動符合運(yùn) 動定律，離開溜槽作平拋運(yùn)動，最終在原始料面上進(jìn)行堆積;根據(jù)布料制度設(shè)置溜槽的傾角 和旋轉(zhuǎn)角速度，根據(jù)一批爐料的總量再設(shè)置顆粒數(shù)量，最后根據(jù)力學(xué)方程進(jìn)行仿真計算，得 到一次布料后的高爐料面形狀三維仿真圖，讀取一個切面上的料面高度信息，將擬合料面 函數(shù)曲線和采用機(jī)理法推導(dǎo)得出高爐布料過程料面模型函數(shù)加權(quán)整合，來校正料面形狀函 數(shù)； 1.5、得到新的料面形狀函數(shù)作為輸出結(jié)果并反饋?zhàn)鳛橄乱淮蔚脑剂厦妗?.根據(jù)權(quán)利1所述的一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法，其特征在于： 所述采用支持向量回歸（SVR)方法對料面高度散點(diǎn)進(jìn)行擬合得到料面函數(shù)曲線，該方法具 體內(nèi)容包括： 建立非線性支持向量機(jī)，這時的判別函數(shù)與樣本特征是非線性函數(shù)關(guān)系；以下面的二 次判別函數(shù)為例： g(X) =C0+C1X+C2X2= [C0，C1，C2]T[1，x，x2] =cTy (5) 該判別函數(shù)是特征X的非線性函數(shù)，但卻是特征向量y的線性函數(shù)； 非線性支持向量機(jī)就是采用引入非線性特征變換來將原空間中的非線性問題轉(zhuǎn)化為 新空間的線性問題，通過這種變換實(shí)現(xiàn)非線性分類;如果對特征X引入非線性變換得新特征 2 =爐(X)，則新的特征空間決策函數(shù)為：! 6) 相應(yīng)的優(yōu)化問題為：則支持向量變?yōu)椋? (.7) (8)(9) 不論所生成的變換空間的維數(shù)多高，這個空間里的線性支持向量機(jī)求解都可以在 原空間通過核函數(shù)K(Xl，Xj)進(jìn)行，這樣就避免了高維空間里的計算，而且計算核函數(shù)K( Xl， XJ)的復(fù)雜度與計算內(nèi)積并沒有實(shí)質(zhì)性的增加，只要知道核函數(shù)，沒有必要知道免(^)的具體 形式； 讀取現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行訓(xùn)練； 在非線性情況下，支持向量回歸的擬合函數(shù)形式為：(UP 其中&是以下優(yōu)化問題的解：(11) 利用SVR算法進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到料面函數(shù)曲線。3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法，其特征在于： 所述建立布料方程的步驟包括如下內(nèi)容： 設(shè)爐料從導(dǎo)料管落入以ω速度旋轉(zhuǎn)的溜槽，一塊爐料質(zhì)量為m、重量為Q，進(jìn)入溜槽煙溜 槽方向初速度為v〇(m/s)，爐料在溜槽某點(diǎn)的速度為v(m/s)，爐料在溜槽末端速度為^(m/ s)，爐料與溜槽的摩擦系數(shù)為μ，溜槽傾角為β，溜槽旋轉(zhuǎn)角速度為ω，溜槽長度為1，爐料在 溜槽上受到的力包括： (1) 重力： G=mg (12) (2) 慣性離心力： F = 4jt2 ω 2lmcos(P) (13) (3) 溜槽對爐料的反作用力： N=mg cos0-4jt2 ω 2lm cosPsinP (14) (4) 爐料與溜槽之間的摩擦力： Ff = ym cosP(g-4jr2 ω 21 sinP) (15) (5) 慣性科氏力： Fk = 43T〇ulm cos2P (16) 所以受力總和為： EF= (sin0-ycosP)+43T2lm cosP(cosP+ysinP) (17) 因?yàn)椋? 所以得到離開溜槽時的速度為： (18) (19) 爐料在爐喉空區(qū)內(nèi)運(yùn)動受到爐內(nèi)煤氣流產(chǎn)生的向上的阻力P: -(20) 其中，k一流體阻力系數(shù)；γ -氣體密度;s-爐料最大橫截面積； 爐料在空區(qū)內(nèi)下降所用的時間為t2,根據(jù)拋物體運(yùn)動方程可以得到方程組(21) (22) 其中h表示料線深度，可以由料尺測暈得到，Lx可以表示為：(23) 綜上爐料落點(diǎn)位置與高爐中心點(diǎn)水平距離表達(dá)式：(21) 確定參數(shù)爐料落點(diǎn)位置就是η。4.根據(jù)權(quán)利1所述的一種多信息融合的高爐布料過程料面形狀建模方法，其特征在于： 所述基于離散元法的仿真結(jié)果進(jìn)行料面形狀校正，其校正方法內(nèi)容包括如下步驟： 步驟1、前處理:首先按照爐料的形狀建立爐料的三維模型，并設(shè)置其物理特性和材料 屬性;設(shè)置顆粒方案，顆粒生成的數(shù)量要和批料的質(zhì)量相關(guān);使用3D繪圖軟件繪制高爐幾何 模型，并導(dǎo)入到仿真系統(tǒng)中，設(shè)置高爐模型的材料和物理屬性； 步驟2、設(shè)置顆粒之間的作用力關(guān)系； 顆粒之間的作用力方程： 顆粒體之間平移運(yùn)動接觸模型：(25) 其中，m為顆粒質(zhì)量;ν為顆粒運(yùn)動速度;Fn為受到的合外力;Fc為其法向量及處理;Fg* 顆粒變形產(chǎn)生的阻尼力； 顆粒體之間旋轉(zhuǎn)運(yùn)動接觸模型：(26) 其中I為轉(zhuǎn)動慣量;w為旋轉(zhuǎn)角速度;FS為轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的合外力;r為顆粒的半徑;Fu為其他 顆粒所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)摩擦力;Fr為阻尼力； 步驟3、后處理:運(yùn)行3D動畫演示和動態(tài)跟蹤，完成布料后會得到相應(yīng)料面形狀;然后根 據(jù)高度生成圖表，提取高度數(shù)據(jù)繪制料面形狀曲線； 步驟4、修改相應(yīng)的條件：溜槽傾角、旋轉(zhuǎn)角速度，爐料質(zhì)量和爐料種類，進(jìn)行下次實(shí)驗(yàn) 仿真。
【文檔編號】C21B5/00GK105950807SQ201610390270
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】華長春, 李祥龍, 李軍朋, 胡海洋, 趙彥兵, 關(guān)新平
【申請人】燕山大學(xué)