本發(fā)明涉及高爐爐溫控制領(lǐng)域，特別是一種應(yīng)用于不銹鋼帶鋼生產(chǎn)的馬弗爐爐溫的控制方法。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，爐溫控制是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的pid控制方法由于其簡(jiǎn)單易行、魯棒性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于溫度控制領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)pid控制在面對(duì)非線性、時(shí)變性和大滯后的系統(tǒng)時(shí)，控制性能往往不盡如人意，難以實(shí)現(xiàn)高精度的溫度控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雙交叉限幅pid控制爐溫的方法，通過(guò)引入rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行非線性補(bǔ)償，結(jié)合雙交叉限幅控制策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)爐溫的高精度控制，提高系統(tǒng)的魯棒性和穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雙交叉限幅pid控制爐溫的方法,建立rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，利用高爐的歷史數(shù)據(jù)對(duì)rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，利用高爐的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線微調(diào)，獲得能夠?qū)崟r(shí)反映高爐系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化的rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立雙交叉限幅pid控制器，以實(shí)時(shí)反映高爐系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化的rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出作為雙交叉限幅pid控制器的輸入，將rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與雙交叉限幅pid控制器結(jié)合，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，建立控制策略，實(shí)時(shí)調(diào)整雙交叉限幅pid控制器的參數(shù)。

3、建立rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括如下內(nèi)容

4、輸入層，輸入層接收控制系統(tǒng)的狀態(tài)變量，包括以下變量：

5、溫度誤差：e(t)＝tset-t(t)，其中，tset為溫度設(shè)定值，t(t)為t時(shí)刻溫度實(shí)際值，e(t)為t時(shí)刻溫度誤差；

6、溫度誤差變化率：δe(t)＝e(t)-e(t-1)，e(t-1)為t-1時(shí)刻溫度誤差，δe(t)為t時(shí)刻溫度誤差變化率；

7、輸入變量構(gòu)成輸入向量：x(t)＝[e(t),δe(t)]t，x(t)為t時(shí)刻輸入向量；t為轉(zhuǎn)置；

8、隱藏層，隱藏層通過(guò)徑向基函數(shù)對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性映射，隱藏層的神經(jīng)元數(shù)目n由具體應(yīng)用和經(jīng)驗(yàn)確定；

9、徑向基函數(shù)的定義，每個(gè)隱藏層神經(jīng)元對(duì)應(yīng)一個(gè)徑向基函數(shù)，其形式為：

10、其中，為第i個(gè)隱藏層神經(jīng)元的輸出，n≥i≥1，ci是第i個(gè)徑向基函數(shù)的中心向量，σi是第i個(gè)徑向基函數(shù)的寬度參數(shù)；

11、計(jì)算徑向基函數(shù)輸出，對(duì)于每個(gè)輸入向量x(t)，計(jì)算所有隱藏層神經(jīng)元的輸出：ci1和ci2分別是第i個(gè)隱藏層神經(jīng)元的兩個(gè)中心坐標(biāo)；

12、輸出層，輸出層將隱藏層神經(jīng)元的輸出進(jìn)行加權(quán)求和，得到控制增益k(t)；

13、隱藏層神經(jīng)元的輸出向量h(x(t))為：h(x(t))＝[φ1(x(t)),φ2(x(t)),...,φn(x(t))]t,其中，輸出層的輸出k(t)計(jì)算公式為：

14、k(t)＝wth(x(t))+b，w＝[w1,w2,...,wn]t是權(quán)重向量，b是偏置項(xiàng)，wi為輸出層第i個(gè)神經(jīng)元的權(quán)重向量；

15、rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要學(xué)習(xí)與優(yōu)化的參數(shù)為ci、σi、wi、b；

16、參數(shù)學(xué)習(xí)與優(yōu)化

17、損失函數(shù)為均方誤差mse：

18、其中，ktarget(t)為目標(biāo)增益；

19、使用梯度下降法來(lái)最小化損失函數(shù)，對(duì)于每個(gè)參數(shù)，計(jì)算損失函數(shù)的梯度，并更新參數(shù)值，下面是具體的更新公式：

20、輸出層第i個(gè)神經(jīng)元的權(quán)重向量wi的更新：其中，η是學(xué)習(xí)率；

21、偏置項(xiàng)b的更新：b(t)為t時(shí)刻的偏置項(xiàng)，b(t+1)為t+1時(shí)刻的偏置項(xiàng)；

22、第i個(gè)徑向基函數(shù)的中心向量ci的更新：

23、其中，ci(t)為第i個(gè)徑向基函數(shù)的t時(shí)刻的中心向量，ci+1(t)為第i個(gè)徑向基函數(shù)的t+1時(shí)刻的中心向量；

24、第i個(gè)徑向基函數(shù)的寬度參數(shù)σi的更新：σi(t)為第i個(gè)徑向基函數(shù)的t時(shí)刻的寬度參數(shù)，σi(t+1)為第i個(gè)徑向基函數(shù)的t+1時(shí)刻的寬度參數(shù)；損失函數(shù)關(guān)于權(quán)重的偏導(dǎo)數(shù)：損失函數(shù)關(guān)于偏置項(xiàng)b的偏導(dǎo)數(shù)：損失函數(shù)關(guān)于ci的偏導(dǎo)數(shù)：其中，

25、

26、損失函數(shù)關(guān)于σi的偏導(dǎo)數(shù)：

27、其中，建立雙交叉限幅pid控制器包括如下內(nèi)容

28、pid控制器的輸出為控制信號(hào)u(t)，其公式為：其中，kp是比例增益，ki是積分增益，kd是微分增益，kp、ki、kd由rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出動(dòng)態(tài)調(diào)整；

29、動(dòng)態(tài)調(diào)整公式，rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為k(t)，定義pid控制器的參數(shù)為：kp＝k(t)，ki＝αk(t)，kd＝βk(t)，其中，α和β是常數(shù)；

30、所述控制策略包括雙交叉限幅燃?xì)鉅t爐溫控制，雙交叉限幅燃?xì)鉅t爐溫控制包括如下內(nèi)容燃?xì)鉅t的熱量平衡方程為：其中，t(t)是t時(shí)刻的爐膛溫度，c是爐膛的熱容量，qin(t)是t時(shí)刻的輸入熱量，由燃?xì)馊紵a(chǎn)生，qout(t)是時(shí)刻的輸出熱量，包括爐膛熱損失和傳遞給工藝介質(zhì)的熱量，qload(t)是t時(shí)刻由于鋼帶厚度和速度變化引起的熱量需求變化；

31、燃?xì)馊紵a(chǎn)生的熱量表示為：qin(t)＝∈fgas(t)hgas,其中，∈是燃燒效率，通常與空燃比λ相關(guān)，fgas(t)是t時(shí)刻燃?xì)饬髁?，hgas是燃?xì)獾牡蜔嶂祃hv；

32、鋼帶負(fù)荷引起的熱量需求變化表示為：qload(t)＝k·v(t)·h(t),其中,v(t)是t時(shí)刻鋼帶的速度，h(t)是t時(shí)刻鋼帶的厚度，k是一個(gè)常數(shù)，表示單位厚度和速度的鋼帶所需的熱量。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雙交叉限幅pid控制爐溫的方法,其特征在于：雙交叉限幅燃?xì)鉅t爐溫控制還包括如下內(nèi)容

33、燃?xì)饬髁縡gas(t)的設(shè)定由溫度控制器決定，使用pi控制器，燃?xì)饬髁康挠?jì)算公式為：

34、其中：fgas,load(t)＝k·v(t)·h(t)是根據(jù)鋼帶厚度和速度調(diào)整的燃?xì)饬髁浚?/p>

35、空氣流量fair(t)的設(shè)定根據(jù)燃?xì)饬髁亢涂杖急圈舜_定：

36、fair(t)＝λ·fgas(t)

37、空燃比λ的選擇需要考慮燃燒的完全性和經(jīng)濟(jì)性，一般取λ在8到11之間。

38、限幅機(jī)制

39、燃?xì)饬髁肯薹細(xì)饬髁肯薹哪康氖谴_保燃?xì)庠诎踩秶鷥?nèi)運(yùn)行，避免過(guò)量燃燒或燃?xì)夤?yīng)不足；

40、燃?xì)饬髁可舷辠gas_max：由安全考慮確定，或由最大允許空氣流量決定，

41、

42、燃?xì)饬髁肯孪辠gas_min：由最小空氣流量決定，確保燃燒過(guò)程中的最低空氣需求；

43、

44、空氣流量限幅空氣流量限幅的目的是確?？諝饬髁吭诤侠矸秶鷥?nèi)，既不能過(guò)少導(dǎo)致不完全燃燒，也不能過(guò)多導(dǎo)致能量損失；

45、空氣流量上限fair_max：由最大允許燃?xì)饬髁繘Q定，fair_max＝λmax·fgas(t)；

46、空氣流量下限fair_min：由最小允許燃?xì)饬髁繘Q定，fair_min＝λmin·fgas(t)。

47、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)能力來(lái)優(yōu)化pid控制器的參數(shù)，并通過(guò)雙交叉限幅策略來(lái)避免控制過(guò)程中的過(guò)沖和振蕩，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的爐溫控制。通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施，能夠顯著提高爐溫控制的精度和響應(yīng)速度，減少溫度波動(dòng)，提升產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。同時(shí)，本方法具有較強(qiáng)的魯棒性，能夠有效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)非線性、時(shí)變性和大滯后的問(wèn)題，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。