專利名稱：利用神經(jīng)元網(wǎng)絡分類建模法提高模型預報精度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用神經(jīng)元網(wǎng)絡分類建模法提高模型預報精度的方法。
技術背景帶鋼熱軋生產是目前應用計算機控制最為成熟的一個領域，其控制范圍包含了整個 生產過程。帶鋼熱連軋計算機系統(tǒng)基本上分為基礎自動化控制系統(tǒng)和過程自動化控制系 統(tǒng)；基礎自動化面向機組及設備，并廣泛采用數(shù)字傳動技術?；A自動化控制系統(tǒng)根據(jù) 過程自動化系統(tǒng)的設定參數(shù)進行設備控制，同時將軋制過程中相應的檢測數(shù)據(jù)傳給過程 自動化控制系統(tǒng)。過程自動化面向整個生產線，其中心任務是對生產線上各機組和各個 設備進行設定計算，使得軋制帶鋼取得目標要求的厚度、寬度、溫度、凸度及平直度等 指標。過程控制計算機設有原始數(shù)據(jù)輸入、在線數(shù)據(jù)采集以及模型自學習等為設定模型 服務及配套的功能。熱連軋過程自動化控制的主要功能是根據(jù)原始數(shù)據(jù)和軋制策略，使 用一系列數(shù)學模型進行設定計算，下送控制參數(shù)到基礎自動化，因此，模型預報精度對 帶鋼的產量和質量起著至關重要的作用。提高模型設定精度目前主要采用傳統(tǒng)的表格系 數(shù)修正法或神經(jīng)元網(wǎng)絡系數(shù)修正法。由于神經(jīng)元網(wǎng)絡具有自學習的能力，使自己更加適 應外界環(huán)境，因此神經(jīng)元網(wǎng)絡得到了越來越廣泛的應用。但神經(jīng)元網(wǎng)絡需要較長的開發(fā) 與調試周期和昂貴的軟、硬件開發(fā)經(jīng)費。發(fā)明內容本發(fā)明目的是為克服上述已有技術的不足，提供一種在設備、工藝、環(huán)境等輸入狀 態(tài)發(fā)生變化時，低成本、快速度地利用神經(jīng)元網(wǎng)絡分類建模法提高模型預報精度的方法。在具有7臺連軋機(F0—F6)組成的精軋機組的熱軋帶鋼生產線上，用高速鋼軋輥 替代標準鑄鐵軋輥用于精軋機組。根據(jù)軋輥類別，使用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，即保持原有 網(wǎng)絡用于高鉻鎳鑄鐵軋輥生產；為高速鋼軋輥另外增加新的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡形式與原有神經(jīng) 元網(wǎng)絡相同。高速鋼軋輥與高鉻鎳鑄鐵軋輥使用各自的壓力修正、凸度及平直度控制神 經(jīng)元網(wǎng)絡；新的網(wǎng)絡配置文件與原有網(wǎng)絡文件完全相同，僅是模型根據(jù)不同的軋輥輥質 類型調用不同的網(wǎng)絡文件；各種不同輥質的網(wǎng)絡相對獨立，互不干擾。本發(fā)明方法的具體步驟 (l)增加8條神經(jīng)元網(wǎng)絡供高速鋼軋輥使用,原有網(wǎng)絡供高鉻鎳鑄鐵軋輥生產控制fm_prof.net 目標凸度及目標平直度預報網(wǎng)fm_rfD.net FO機架軋制壓力修正網(wǎng)fin_rfl.net Fl機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_rf2.net F2機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_rfi.net F3機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_rf4.net F4機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_rf5.net F5機架軋制壓力修正網(wǎng)fin_rf6.net F6機架軋制壓力修正網(wǎng)拷貝上述8條網(wǎng)絡，分別更名為如下8條網(wǎng)絡供高速鋼軋輥生產控制 fm_hsprof.net目標凸度及目標平直度預報網(wǎng) fm—hsrfO.net FO機架軋制壓力修正網(wǎng)fm—hsrfl.net Fl機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_hsrf2.net F2機架軋制壓力修正網(wǎng) fmjisrf3 .net F3機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_hsrf4.net F4機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_hsrf5.net F5機架軋制壓力修正網(wǎng) fm一hsrf6.net F6機架軋制壓力修正網(wǎng)該方法保持原有網(wǎng)絡結構，僅增加供高速鋼軋輥使用的祌經(jīng)元網(wǎng)絡，使得高速鋼軋 輥與高鉻鎳鑄鐵軋輥使用各自的壓力修正、凸度及平直度控制神經(jīng)元網(wǎng)絡。各種不同輥 質的網(wǎng)絡相對獨立，互不干擾。(2)修改模型控制源代碼，根據(jù)不同輥類，調用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，從而提高后 續(xù)帶鋼的設定精度，操作步驟如下-1) 讀取原始數(shù)據(jù)、工藝制度及輥類標志；2) 判斷是高速鋼軋輥嗎？否，進入第4)步；3) 讀取高鉻鎳鑄鐵軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，跳到第5)步；4) 讀取高速鋼軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)；5) 調用溫度計算模型，通過軋制變形熱、軋輥熱傳導、機架間冷卻水、空冷熱輻 等求出帶鋼在各軋機的出口溫度；6) 調用壓力計算模型，使用其相應的軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，計算各軋機軋制壓力；7) 調用板形計算模型，使用其相應的軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，計算各軋機彎輥、串 輥量；8) 傳送設定值；預設定過程結束。工藝制度包括除鱗方式、軋機負荷分配率、機架間冷卻水流量、工作輥冷卻水流量、 工藝潤滑投用標志等。通過改進源代碼根據(jù)軋輥輥類調用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，實現(xiàn)了高鉻鎳鑄鐵軋輥與高 速鋼軋輥壓力預報模型分類控制，使得高鉻鎳鑄鐵軋輥軋制過程完全不受系統(tǒng)改造的影 響；高速鋼軋輥在帶鋼后續(xù)的軋制過程中，通過在線訓練過程不斷地提高其模型預報精 度。本發(fā)明適合于采用神經(jīng)元網(wǎng)絡進行模型修正的帶鋼熱軋生產線上使用。本發(fā)明將分 類控制思想應用到神經(jīng)元網(wǎng)絡，避免了對神經(jīng)元網(wǎng)絡結構再次開發(fā)，在保持神經(jīng)元網(wǎng)絡 優(yōu)點的同時，低成本、快速地完成改進。在設備、工藝、環(huán)境等輸入狀態(tài)發(fā)生變化時， 采用本發(fā)明方法不僅操作過程較為簡單，而且在保證正常生產的同時，可以提高模型的 預報精度。
具體實施方式
太原鋼鐵公司(以下簡稱太鋼)熱連軋廠過程控制系統(tǒng)共有11條神經(jīng)元網(wǎng)絡，用 于模型進行寬展、壓力、溫度、凸度及平直度模型的預報。其中F0 F7機架軋制壓 力預報值修正系數(shù)7條，帶鋼目標板凸度及目標平直度預報l條，終軋溫度修正系數(shù)l 條，精軋區(qū)寬展量預報1條，帶鋼材質硬度修正系數(shù)1條，每條網(wǎng)絡都具有各自嚴格的 責任分工，對提高模型預報精度起著極其關鍵的作用。太鋼熱連軋廠購進高速鋼軋輥用于精軋機組。與標準鑄鐵軋輥相比，高速鋼軋輥具有較高的耐磨性和較佳的表面質量。但高速鋼軋輥也有明顯的缺點，即摩擦系數(shù)大，輥 面凸度難以控制。摩擦系數(shù)大，軋制力也相應增大，在同樣條件下，會使軋制力增加 10% 20%。由于高速鋼軋輥與標準鑄鐵軋輥的特性有較大區(qū)別，壓力模型無法進行正 確預報。壓力模型預報精度過低，導致軋機輥縫設定誤差大，精軋機組機架間秒流量無 法保持平衡，極易造成機組廢鋼，成品厚度控制精度低、板型差，嚴重影響終軋產品的 產量和質量。在單機架高速鋼軋輥試用階段，精軋臺操作工必須手動關閉神經(jīng)元網(wǎng)絡在 線訓練功能，避免網(wǎng)絡修正值訓練異常，影響后續(xù)帶鋼的正常生產控制。同時在軋制過 程中，操作工需要不斷地進行手動干預，如根據(jù)實測軋制負荷調整機架負荷分配率防軋 機過電流掉電；穿帶過程中手動調整機架壓下位置保證機架間秒流量平衡防止起套或拉 鋼等等，軋制過程不穩(wěn)定。太鋼1#熱軋系統(tǒng)三電控制系統(tǒng)改造后，過程控制級采用 SIEMENS公司在SIROLL2環(huán)境下開發(fā)的產品，模型計算中使用了神經(jīng)元網(wǎng)絡，經(jīng)過 長期的在線及離線訓練過程，模型預報精度不斷提高。以F0軋機為例，其軋制壓力預報網(wǎng)絡輸入項及輸出項定義如下-name: fm_rf0number of inputs: 22 〃輸入項個數(shù)number of outputs: 1 〃輸出項個數(shù)inputs: 〃輸入項no. descrminimummaximum accuracyI HE 170 0.05 〃入口厚度 2TE 600 1200 1 〃出口厚度 3BTENS 0100 0.1 〃后張力 4FTENS 0100 0.1 〃前張力 5EPS0 0.8 0.001 〃壓下率 6WRR 100 600 1 〃輥徑 7VU 0.01 50 0.05 〃速度 8C 0100 0.001 〃碳含量 9SI 0100 0.01 〃硅含量10MN0100 0.01 〃錳含量II P 0100 0.01 〃磷含量12 S 0100 0.001 〃硫含量13 AL 0100 0.001 〃鋁含量14 CR 0100 0.01 〃鉻含量15 CU 0100 0.01 〃銅含量16 MO0100 0.01 〃鉬含量17 TI 0100 0.01 〃鈦含量18 NI 0100 0.01 〃鎳含量19 V 0100 0.01 〃釩含量20 NB 0100 0.01 〃鈮含量21 N 0100 0.001 〃氮含量22B 0100 0.001 〃硼含量outputs: 〃輸出項no. d6scrminimum maximum1RFC 0 0.5 1.6按照常規(guī)做法，需要對神經(jīng)元網(wǎng)絡的結構進行改動，即在上述原有輸入項中增加軋 輥輥類項，然后重新調整神經(jīng)元網(wǎng)絡中輸入層和隱藏層間的權重矩陣。該做法弊病較多， 如改造工作量大，已有軋制數(shù)據(jù)遭到破壞，結構變化后可能影響網(wǎng)絡精度，需要進行長 時間、大容量的離線數(shù)據(jù)分析和改進，在線測試周期長，需要跟蹤不同品種、規(guī)格帶鋼 的生產，以確認數(shù)據(jù)的可靠性。這不但需要較長的開發(fā)周期、加大開發(fā)經(jīng)費，而且可能 影響到生產過程的穩(wěn)定。在充分發(fā)揮神經(jīng)元網(wǎng)絡靈活、穩(wěn)定等特點的基礎上，考慮高速鋼軋輥對壓力預報模 型的影響，以及改進神經(jīng)元網(wǎng)絡可能帶來的種種困難，釆用類似于傳統(tǒng)技術解決方案的 分類方法，根據(jù)生產狀態(tài)及需求將神經(jīng)元網(wǎng)絡進行分類建模，自動地、實時地實現(xiàn)不同 網(wǎng)絡的在線訓練過程，解決由于設備及性能等諸多現(xiàn)場因素干擾神經(jīng)元網(wǎng)絡學習紊亂等 問題，有效地提高模型預報精度，改進熱軋帶鋼成品質量。在精軋機組增加8條神經(jīng)元網(wǎng)絡，分別用于各機架F0--F6使用高速鋼軋輥時的壓 力預報值修正神經(jīng)元網(wǎng)、以及一條凸度及平直度控制神經(jīng)元網(wǎng)絡。通過對模型結構、過 程數(shù)據(jù)、以及控制邏輯進行分析后，增加8條神經(jīng)元網(wǎng)絡，供高速鋼軋輥使用，原有網(wǎng) 絡供高絡鎳鑄鐵軋輥生產控制foi_prof.net目標凸度及目標平直度預報網(wǎng)fm_rfD.net FO機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_rfl.net Fl機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_rf2.net F2機架軋制壓力修正網(wǎng)fm—rfi.net F3機架軋制壓力修正網(wǎng)fin_rf4.net F4機架軋制壓力修正網(wǎng)fm一rf5.net F5機架軋制壓力修正網(wǎng)fin—rf6.net F6機架軋制壓力修正網(wǎng)拷貝上述8條網(wǎng)絡，分別更名為如下8條網(wǎng)絡供高速鋼軋輥生產控制 fm_hsprof.net目標凸度及目標平直度預報網(wǎng) fm_hsrfD.net FO機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_hsrfl.net Fl機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_hsrf2.net F2機架軋制壓力修正網(wǎng) fm一hsrf3.net F3機架軋制壓力修正網(wǎng) fin_hsrf4.net F4機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_hsrf5.net F5機架軋制壓力修正網(wǎng) fm—hsrf6.net F6機架軋制壓力修正網(wǎng) (2)修改模型控制源代碼，根據(jù)不同輥類，調用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡1) 讀取原始數(shù)據(jù)、工藝制度及輥類標志；2) 判斷是高速鋼軋輥嗎？否，進入第4)步；3) 讀取高鉻鎳鑄鐵軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，跳到第5)步；4) 讀取高速鋼軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)；5) 調用溫度計算模型，通過軋制變形熱、軋輥熱傳導、機架間冷卻水、空冷熱輻 等求出帶鋼在各軋機的出口溫度；6) 調用壓力計算模型，使用其相應的軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，計算各軋機軋制壓力；7) 調用板形計算模型，使用其相應的軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，計算各軋機彎輥、串 輥量；8) 傳送設定值。按照上述實施方案的新系統(tǒng)在線投入后，現(xiàn)場生產控制平穩(wěn)，控制精度穩(wěn)步提升。 試驗中共計軋制16個單位不銹鋼，1056塊帶鋼，軋制結果統(tǒng)計如下表l、軋制負荷預報偏差(不銹鋼單位)軋制負荷預報偏差％機架Fl機架F2機架F3使用高速鋼軋輥1.151.131.12使用標準鑄鐵軋輥1.131.121.09共計軋制普鋼247塊，軋制結果統(tǒng)計如下:表2、軋制負荷預報偏差(普鋼單位)軋制負荷預報偏差％機架F1機架F2使用高速鋼軋輥1.151.14使用標準鑄鐵軋輥1.13Lll項目改造后，將改造前單機架試用高速鋼軋輥時的軋制負荷預報偏差由24.9%降低 為目前的最大1.15%，與標準鑄鐵軋輥的軋制負荷預報偏差最大值1.13%處于同一水平。 實現(xiàn)高速鋼軋輥進行生產穩(wěn)定控制的同時，保證了成品帶鋼厚度及板型達原設計控制精度，統(tǒng)計結果見表3。表3、帶鋼厚度及板型控制精度統(tǒng)計7月8月9月10月板型降判率降判率％0.1750.1850.190.18軋制巻數(shù)1442714575782615758厚度精度厚度精度％95.4969596.1軋制巻數(shù)1442714575782615758本發(fā)明方法還可推廣到生產一些較難控制的品種軋制上。如不同牌號硅鋼中的硅含 量不同，但壓力神經(jīng)元網(wǎng)絡的輸出卻基本相同，導致壓力預報偏差較大，廢鋼現(xiàn)象頻繁 發(fā)生。為此，在硅鋼的生產過程中，使用神經(jīng)元網(wǎng)絡分類建模法，根據(jù)不同硅鋼牌號定 義不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，可明顯改善模型預報精度，大幅提高厚度控制精度，有效控制硅 鋼生產的故障率。
權利要求
1、一種利用神經(jīng)元網(wǎng)絡分類建模法提高模型預報精度的方法，在具有7臺連軋機(F0-F6)組成的精軋機組的熱軋帶鋼生產線上，用高速鋼軋輥替代標準鑄鐵軋輥用于精軋機組；其特征是根據(jù)軋輥類別，使用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，即保持原有網(wǎng)絡用于高鉻鎳鑄鐵軋輥生產；為高速鋼軋輥另外增加新的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡形式與原有神經(jīng)元網(wǎng)絡相同；高速鋼軋輥與高鉻鎳鑄鐵軋輥使用各自的壓力修正、凸度及平直度控制神經(jīng)元網(wǎng)絡；新的網(wǎng)絡配置文件與原有網(wǎng)絡文件完全相同，僅是模型根據(jù)不同的軋輥輥質類型調用不同的網(wǎng)絡文件；各種不同輥質的網(wǎng)絡相對獨立，互不干擾。
2、 如果權利要求1所述的利用神經(jīng)元網(wǎng)絡分類建模法提高模型預報精度的方法， 其特征是(1) 增加8條神經(jīng)元網(wǎng)絡供高速鋼軋輥使用,原有網(wǎng)絡供高鉻鎳鑄鐵軋輥生產控制 fm_prof.net 目標凸度及目標平直度預報網(wǎng)fm_rfO.net FO機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_rfl.net Fl機架軋制壓力修正網(wǎng) fm_rf2.net F2機架軋制壓力修正網(wǎng) fm—rf3.net F3機架軋制壓力修正網(wǎng) fin—rf4.net F4機架軋制壓力修正網(wǎng) fm一rf5.net F5機架軋制壓力修正網(wǎng) fin_rf6.net F6機架軋制壓力修正網(wǎng)拷貝上述8條網(wǎng)絡，分別更名為如下8條網(wǎng)絡供高速鋼軋輥生產控制fm_hsprof.net目標凸度及目標平直度預報網(wǎng)fm—hsrfD.net FO機架軋制壓力修正網(wǎng)fin_hsrfl.net Fl機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_hsrf2.net F2機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_hsrfi.net F3機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_hsrf4.net F4機架軋制壓力修正網(wǎng)fin_hsrf5.net F5機架軋制壓力修正網(wǎng)fm_hsrf6.net F6機架軋制壓力修正網(wǎng)(2) 修改模型控制源代碼，根據(jù)不同輥類，調用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，從而提高后 續(xù)帶鋼的設定精度，操作步驟如下1) 讀取原始數(shù)據(jù)、工藝制度及輥類標志；2) 判斷是高速鋼軋輥嗎？否，進入第4)步；3) 讀取高鉻鎳鑄鐵軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，跳到第5)步；4) 讀取高速鋼軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)；5) 調用溫度計算模型，通過軋制變形熱、軋輥熱傳導、機架間冷卻水、空冷熱輻 等求出帶鋼在各軋機的出口溫度；6) 調用壓力計算模型，使用其相應的軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，計算各軋機軋制壓力；7) 調用板形計算模型，使用其相應的軋輥神經(jīng)元網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，計算各軋機彎輥、串 輥量； 8) 傳送設定值；預設定過程結束。
全文摘要
一種利用神經(jīng)元網(wǎng)絡分類建模法提高模型預報精度的方法，本發(fā)明適合于采用神經(jīng)元網(wǎng)絡進行模型修正的帶鋼熱軋生產線上使用；目的是提高模型預報精度；本發(fā)明根據(jù)軋輥類別，使用不同的神經(jīng)元網(wǎng)絡，即保持原有網(wǎng)絡用于高鉻鎳鑄鐵軋輥生產；為高速鋼軋輥另外增加新的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡形式與原有神經(jīng)元網(wǎng)絡相同；高速鋼軋輥與高鉻鎳鑄鐵軋輥使用各自的壓力修正、凸度及平直度控制神經(jīng)元網(wǎng)絡；新的網(wǎng)絡配置文件與原有網(wǎng)絡文件完全相同，僅是模型根據(jù)不同的軋輥輥質類型調用不同的網(wǎng)絡文件；各種不同輥質的網(wǎng)絡相對獨立，互不干擾。
文檔編號G05B13/02GK101403890SQ200810079769
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月8日 優(yōu)先權日2008年11月8日
發(fā)明者張世厚, 楊連宏, 王津平, 郭永亮 申請人:山西太鋼不銹鋼股份有限公司