一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)，包括編碼模塊、初始種群生成模塊、選擇模塊、交叉模塊、變異模塊、尋優(yōu)模塊；編碼模塊將決策變量進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼；初始種群生成模塊將隨機(jī)產(chǎn)生的決策變量代入目標(biāo)函數(shù)生成初始個(gè)體種群；選擇模塊根據(jù)適應(yīng)度比例方法從初始個(gè)體種群中選擇父代個(gè)體種群；交叉模塊從父代個(gè)體種群中隨機(jī)選擇兩個(gè)父代個(gè)體，將選出的父代個(gè)體的決策變量交叉互換，多次隨機(jī)選擇得到子代個(gè)體種群；變異模塊對子代個(gè)體種群的決策變量變異；尋優(yōu)模塊把找到的局部最優(yōu)值作為新個(gè)體染色體再進(jìn)化。還涉及高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換方法。解決了高爐上料系統(tǒng)車制調(diào)度方式單一、料車上料量不能最優(yōu)、不能適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化上料任務(wù)的問題。
【專利說明】一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，對鋼鐵需求的數(shù)量與質(zhì)量與日俱增。我國的鋼鐵生產(chǎn)工藝正向數(shù)字化的高新技術(shù)方向發(fā)展。作為整個(gè)鋼鐵生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，高爐煉鐵工藝中的高新技術(shù)應(yīng)用尤為重要，其技術(shù)指標(biāo)對整個(gè)鋼鐵工藝流程有著直接和顯著的影響。其中高爐上料系統(tǒng)為整個(gè)高爐的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)原料的輸送。對高爐上料系統(tǒng)采用合理優(yōu)化與控制，成為現(xiàn)代鋼鐵工藝中的一個(gè)重要課題。
[0003]高爐上料系統(tǒng)中車制智能切換方法是對東、西焦集中斗及東、西礦集中斗配料組合的最優(yōu)選擇。工程實(shí)際中是利用PLC自動(dòng)控制可靠性高、靈活度和適用性強(qiáng)、功能完善的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高爐上料四車制和五車制的智能切換以及尋求料車的最優(yōu)上料量，最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的最大化。
[0004]目前，針對高爐上料系統(tǒng)車制調(diào)度系統(tǒng)的研究大多停留在固定車制的控制，即固定的四車制(兩車焦和兩車礦)或者更高車制的調(diào)度(徐桂巖，馮奕紅.高爐上料小車自動(dòng)控制系統(tǒng).包鋼科技，2009年11月第35卷增刊)。傳統(tǒng)的基于固定車制的PLC控制方法控制步數(shù)單一，這使得高爐上料系統(tǒng)車制調(diào)度方式過于單一，料車上料量未達(dá)到最優(yōu)值，使工業(yè)生產(chǎn)總量不能達(dá)到最優(yōu)，且該固定的調(diào)度方式無法適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的上料任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)和方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中高爐上料系統(tǒng)車制調(diào)度方式單一、料車上料量不能最優(yōu)、不能適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的上料任務(wù)的問題。
[0006]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)，包括編碼模塊、初始種群生成模塊、選擇模塊、交叉模塊、變異模塊、尋優(yōu)模塊；
[0008]所述編碼模塊將高爐右集中斗配焦量B1、高爐左集中斗配焦量&2、高爐右集中斗配礦量Id1、高爐左集中斗配礦量b2、車制X作為決策變量分別進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼；
[0009]所述初始種群生成模塊將隨機(jī)產(chǎn)生的決策變量代入目標(biāo)函數(shù) %1+0二1+&2生成初始種群個(gè)體；
[0010]所述選擇模塊根據(jù)適應(yīng)度比例方法從初始種群個(gè)體中選擇父代個(gè)體種群，所述適應(yīng)度的計(jì)算函數(shù)為/二6+%+61+62;
[0011]所述交叉模塊從選擇模塊選出的父代個(gè)體種群中隨機(jī)選擇兩個(gè)父代個(gè)體，將選出的父代個(gè)體的決策變量進(jìn)行交叉互換，多次隨機(jī)選擇得到子代個(gè)體種群；
[0012]所述變異模塊對子代個(gè)體種群的決策變量進(jìn)行變異；
[0013]所述尋優(yōu)模塊將變異模塊得到的變異個(gè)體進(jìn)行尋優(yōu)操作并判斷尋找到的最優(yōu)個(gè)體是否滿足約束條件，不滿足條件的最優(yōu)個(gè)體重新回到初始種群個(gè)體，滿足條件的最優(yōu)個(gè)體再計(jì)算其車制。
[0014]在 上述技術(shù)方案中，所述交叉模塊采取算數(shù)交叉法進(jìn)行交叉互換，遵循以下規(guī)律:第k個(gè)個(gè)體ak和第I個(gè)個(gè)體在第j位的決策變量進(jìn)行交叉互換得到子代個(gè)體的方法為:
[0015]akJ=akJ (l_b) +aljb
[0016]Blj=Blj (ι-b) +akJb
[0017]其中，b是[0，I]之間的隨機(jī)數(shù)。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述變異模塊中決策變量的變異遵循以下規(guī)律:第i個(gè)個(gè)體的第j個(gè)決策變量進(jìn)行變異的方法為:
α；7 + (αν - a x)*f(g) r > 0.5
[0019]Cl = s
v I^7 + Omin -?,；)* f(g) r < 0.5
[0020]其中amax是決策變量au的上界；amin是決策變量au的下界；f (g) =r (l_g/Gmax)2, g是當(dāng)前迭代次數(shù)，Gfflax是最大進(jìn)化次數(shù)，r是[0，I]區(qū)間內(nèi)的一個(gè)隨機(jī)數(shù)。
[0021]在上述技術(shù)方案中，所述尋優(yōu)模塊對變異模塊產(chǎn)生的個(gè)體進(jìn)行尋優(yōu)，采用Matlab軟件中的fmincon函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu):將fmincon函數(shù)中的等式約束條件和不等式約束條件通過人機(jī)交互界面輸入到Matlab軟件中，通過Matlab軟件計(jì)算出變異模塊產(chǎn)生個(gè)體的最優(yōu)值及對應(yīng)的最優(yōu)車制X。
[0022]在上述技術(shù)方案中，所述fmincon函數(shù)為:
f A..V < b
[0023]
[Aetj X = beq
[0024]其中A、b是不等式約束條件矩陣，Aeq、beq是等式約束條件矩陣，beq為[0，0，0，0，0]，b 為[_2c，h]；
[0025]其中等式約束條件為:(ajaj/ (b1+b2) =d ；
[0026]等式約束條件經(jīng)過變換得到A+a^db1-dbfO,進(jìn)而得到矩陣Aeq為[I, I, _d, -d, O]；
[0027]不等式約束條件為:0<?ι+?2+^+^<\ι和(KWc (χ-2)；
[0028]不等式約束條件經(jīng)過變換得到-(Kajaft^+byh和t^+t^-cxtZc,進(jìn)而得到矩陣A為[O O I 1-C; I I I I O];
[0029]其中，c為料車最大裝載量，d為焦量/礦量比，h為爐頂集中斗最大容量。
[0030]一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換方法，包括如下步驟:
[0031]編碼步驟:將高爐右集中斗配焦量B1、高爐左集中斗配焦量&2、高爐右集中斗配礦量匕、高爐左集中斗配礦量b2、車制X作為決策變量分別進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼；
[0032]初始種群生成步驟:將隨機(jī)產(chǎn)生的決策變量代入目標(biāo)函數(shù)^ = ai+ai+h+bi^L成初始種群個(gè)體；[0033]選擇步驟:根據(jù)適應(yīng)度比例方法從初始種群個(gè)體中選擇父代個(gè)體種群，所述適應(yīng)度的計(jì)算函數(shù)為
【權(quán)利要求】
1.一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)，其特征在于:包括編碼模塊、初始種群生成模塊、選擇模塊、交叉模塊、變異模塊、尋優(yōu)模塊； 所述編碼模塊將高爐右集中斗配焦量B1、高爐左集中斗配焦量a2、高爐右集中斗配礦量匕、高爐左集中斗配礦量b2、車制X作為決策變量分別進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼； 所述初始種群生成模塊將隨機(jī)產(chǎn)生的決策變量代入目標(biāo)函數(shù)^ = Ih +?生成初始種群個(gè)體； 所述選擇模塊根據(jù)適應(yīng)度比例方法從初始種群個(gè)體中選擇父代個(gè)體種群，所述適應(yīng)度的計(jì)算函數(shù)為2;
2.如權(quán)利要求1所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)，其特征在于:所述交叉模塊采取算數(shù)交叉法進(jìn)行交叉互換，遵循以下規(guī)律:第k個(gè)個(gè)體ak和第I個(gè)個(gè)體ai在第j位的決策變量進(jìn)行交叉互換得到子代個(gè)體的方法為:

3.如權(quán)利要求1所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)，其特征在于:所述變異模塊中決策變量的變異遵循以下規(guī)律:第i個(gè)個(gè)體的第j個(gè)決策變量進(jìn)行變異的方法為:
4.如權(quán)利要求1所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng)，其特征在于:所述尋優(yōu)模塊對變異模塊產(chǎn)生的個(gè)體進(jìn)行尋優(yōu)，采用Matlab軟件中的fmincon函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu):將fmincon函數(shù)中的等式約束條件和不等式約束條件通過人機(jī)交互界面輸入到Matlab軟件中，通過Matlab軟件計(jì)算出變異模塊產(chǎn)生個(gè)體的最優(yōu)值及對應(yīng)的最優(yōu)車制X。
5.如權(quán)利要求4所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換系統(tǒng),其特征在于:所述fmincon函數(shù)為:

6.一種高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換方法，其特征在于:包括如下步驟: 編碼步驟:將高爐右集中斗配焦量B1、高爐左集中斗配焦量a2、高爐右集中斗配礦量h、高爐左集中斗配礦量b2、車制X作為決策變量分別進(jìn)行實(shí)數(shù)編碼； 初始種群生成步驟:將隨機(jī)產(chǎn)生的決策變量代入目標(biāo)函數(shù)
7.如權(quán)利要求6所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換方法，其特征在于:所述交叉步驟采取算數(shù)交叉法進(jìn)行交叉互換，遵循以下規(guī)律:第k個(gè)個(gè)體ak和第I個(gè)個(gè)體ai在第j位的決策變量進(jìn)行交叉互換得到子代個(gè)體的方法為:
akj=akj.(1—b) +^i1 jb
d.1j=d.1j (l_b) +akj-b
其中，b是[0，1]之間的隨機(jī)數(shù)。
8.如權(quán)利要求6所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換方法，其特征在于:所述變異步驟中決策變量的變異遵循以下規(guī)律:第i個(gè)個(gè)體的第j個(gè)決策變量進(jìn)行變異的方法為:
9.如權(quán)利要求6所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換方法，其特征在于:所述尋優(yōu)步驟對變異模塊產(chǎn)生的個(gè)體進(jìn)行尋優(yōu)，采用Matlab軟件中的fmincon函數(shù)進(jìn)行尋優(yōu):將fmincon函數(shù)中的等式約束條件和不等式約束條件通過人機(jī)交互界面輸入到Matlab軟件中，通過Matlab軟件計(jì)算出變異模塊產(chǎn)生個(gè)體的最優(yōu)值及對應(yīng)的最優(yōu)車制X。
10.如權(quán)利要求9所述的高爐上料系統(tǒng)的車制智能切換方法，其特征在于:所述fmincon函數(shù)為:
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK103729686SQ201310682246
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2013年12月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月13日
【發(fā)明者】肖建新, 裴云, 杜磊明, 熊凌, 胡冰華, 程磊, 譚磊, 師驊 申請人:武漢鋼鐵(集團(tuán))公司