一種冶金爐窯煙塵發(fā)生率的在線遞推計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]
[0002] 本發(fā)明涉及冶金爐窯煙塵發(fā)生率的遞推計(jì)算方法，屬于冶金爐窯在線控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003] 冶金爐窯內(nèi)進(jìn)行的是高溫熔融狀態(tài)下入爐精礦、燃料和空氣等物料間的復(fù)雜物理 化學(xué)反應(yīng)。為控制冶金爐窯產(chǎn)出物質(zhì)量，國內(nèi)外大多數(shù)大型冶煉廠已建立冶金爐窯的在線 控制模型，實(shí)時(shí)進(jìn)行冶金爐窯金屬平衡和熱負(fù)荷平衡計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果作為在線控制模 型的前饋設(shè)定和反饋修正的依據(jù)，為風(fēng)、氧、油等基礎(chǔ)回路提供優(yōu)化決策數(shù)據(jù)。煙塵發(fā)生率 是進(jìn)行上述兩大平衡計(jì)算的必需參數(shù)，一般情況下將其設(shè)置為常數(shù)。
[0004] 受入爐物料、爐體反應(yīng)塔溫度、反應(yīng)物混合均勻度、上升煙道變化等因素的影響， 煙塵發(fā)生率會發(fā)生改變，設(shè)定為常數(shù)進(jìn)行金屬平衡和熱負(fù)荷平衡計(jì)算的結(jié)果無法反映實(shí)際 生產(chǎn)過程中冶金爐窯煙塵產(chǎn)生量?，F(xiàn)有文獻(xiàn)資料對煙塵發(fā)生率及其計(jì)算方法只進(jìn)行簡單介 紹，且僅僅給出了煙塵發(fā)生率的靜態(tài)計(jì)算方法，這種計(jì)算方法偏差相對較大，不能滿足現(xiàn)有 大型冶金爐窯在線控制參數(shù)計(jì)算精度的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有冶金爐窯煙塵發(fā)生率計(jì)算中計(jì)算不及時(shí)和精度低的缺點(diǎn)，提供一 種在線計(jì)算冶金爐窯煙塵發(fā)生率的方法，該方法根據(jù)冶金爐窯煙塵發(fā)生率與入爐物料、氧 單耗、產(chǎn)生渣量等控制元素之間的約束關(guān)系，推導(dǎo)回歸模型，采用最小二乘擬合遞推求解煙 塵發(fā)生率遞推模型的回歸系數(shù)，遞推出冶金爐窯煙塵發(fā)生率，為冶金爐窯熱平衡和物料平 衡優(yōu)化控制模型提供數(shù)據(jù)支持。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明一種冶金爐窯煙塵發(fā)生率的在線遞推計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0008] 1)選定影響冶金爐窯煙塵發(fā)生率的元素，根據(jù)獨(dú)立的不定間隔周期內(nèi)煙塵發(fā)生率 數(shù)據(jù)和元素?cái)?shù)據(jù)，構(gòu)建非線性模型的回歸樣本數(shù)據(jù)；
[0009] 2)對煙塵發(fā)生率數(shù)據(jù)和元素?cái)?shù)據(jù)建立定長時(shí)序隊(duì)列，依據(jù)先進(jìn)先出的原則對樣本 數(shù)據(jù)存儲更新及預(yù)處理，檢查定長時(shí)序隊(duì)列S(i) = = 1，…，n中的數(shù)據(jù)的有效性，設(shè)定定長時(shí)序隊(duì)列中煙塵發(fā)生率數(shù)據(jù)和元素?cái)?shù)據(jù)上下限，對異 常越限數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，若x\j>xjL)Ux\j<xy'>yuUy'<yL，則(X^V;)芒鄧）；若 定長時(shí)序隊(duì)列S(i)中i多n，則回歸模型進(jìn)行線性變換得到煙塵發(fā)生率遞推模型；
[0010] 3)對定長時(shí)序隊(duì)列中存儲的樣本數(shù)據(jù)元素進(jìn)行歸一化處理；
[0011] 4)采用最小二乘微分偏導(dǎo)法求解遞推模型的回歸系數(shù)矩陣，得到煙塵發(fā)生率遞推 公式；
[0012] 5)將生產(chǎn)過程元素?cái)?shù)據(jù)輸入所述遞推公式，計(jì)算煙塵發(fā)生率；
[0013]6)當(dāng)定長時(shí)序隊(duì)列中的數(shù)據(jù)更新時(shí)，進(jìn)行1)~4)計(jì)算步驟；
[0014] 其中：
[0015] S(i)是定長時(shí)序隊(duì)列；
[0016] (Xlj，yi)是定長時(shí)序隊(duì)列元素；
[0017] Xlj是自變量；
[0018] y;是因變量；
[0019] i是定長時(shí)序隊(duì)列元素的位置序列，n是定長時(shí)序隊(duì)列長度，i= 1，…，n;
[0020] j是定長時(shí)序隊(duì)列自變量元素位置；
[0021] p是定長時(shí)序隊(duì)列自變量元素?cái)?shù)量；
[0022] XjU是定長時(shí)序隊(duì)列中第j個(gè)自變量的最大值；
[0023] &是定長時(shí)序隊(duì)列中第j個(gè)自變量的最小值；
[0024] _是定長時(shí)序隊(duì)列中預(yù)處理自變量；
[0025] ^是定長時(shí)序隊(duì)列中因變量的最大值；
[0026] h是定長時(shí)序隊(duì)列中因變量的最小值；
[0027] /是定長時(shí)序隊(duì)列中預(yù)處理因變量；
[0028] (<，/)是定長時(shí)序隊(duì)列中待刪除元素。
[0029] 所述定長時(shí)序隊(duì)列中存儲的樣本數(shù)據(jù)來自生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)值和冶金爐窯集散控制系統(tǒng) (DCS控制系統(tǒng)）實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)。
[0030] 所述遞推計(jì)算方法，采用冗余熱備份雙計(jì)算模型，在遞推模型進(jìn)行系數(shù)矩陣計(jì)算 時(shí)，備份模型投入運(yùn)行計(jì)算煙塵發(fā)生率，完成遞推模型系數(shù)矩陣計(jì)算后，遞推模型系數(shù)矩陣 自動(dòng)寫入備份模型。
[0031] 計(jì)算過程如下：
[0032] 冶金爐窯高溫熔融狀態(tài)下，煙塵發(fā)生率受到入爐精礦量、耗氧量等多個(gè)自變量元 素的影響，假定其非線性回歸模型表示為
[0033]
⑴
[0034] y是回歸模型因變量值；
[0035] XpX；；，…，xp是回歸模型自變量值；
[0036] 令;^)[ =#，=4，?，_，~=碌，則非線性回歸表達(dá)式⑴可轉(zhuǎn)化為如下 線性回歸模型表達(dá)式
[0037] y=a0+a1x1+a2x2+---+apxp+ap+1xp+1+ap+2xp+2+---+a2px2p (2)
[0038] 若原始樣本數(shù)據(jù)為
[0039] (3)
[0040] 對x^，i= 1，…，p;j= 1，…，n。貝1J增廣數(shù)據(jù)矩陣如式（4)
[0041]
(4)
[0042] 其中首先對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，即
[0046] Y=hy2 …yn]T
[0047]X是由定長時(shí)序隊(duì)列構(gòu)成的歷史數(shù)據(jù)矩陣；
[0048] 叉是由式（3)歷史數(shù)據(jù)矩陣和式⑴所構(gòu)成的增廣矩陣；
[0049] X'是增廣矩陣歸一化后的變換矩陣；
[0050] p是影響因素；
[0051] n是歷史數(shù)據(jù)序列；
[0052]Xl _是定長時(shí)序隊(duì)列中第i自變量因素的最大值；
[0053]Xl _是定長時(shí)序隊(duì)列中第i自變量因素的最小值；
[0054]x'^是定長時(shí)序隊(duì)列中第i個(gè)歷史記錄，第j個(gè)自變量的歸一化值；
[0055] Y是定長時(shí)序隊(duì)列中因變量。
[0056] 由來自歷史數(shù)據(jù)觀測點(diǎn)X； = 1^.，乂本心，:^,…,.'伽]，乂，（i= 1，2,…，n;j= 1，2,…，2p)來擬合如上式（2)所表示的線性模型
[0057] y1=a0+a1xll+a2x1；rH..+apxip+ap+1x1(p+1)+ap+2x1(p+2)+...+a2px1(2p)+e
[0058] (6)
[0059]71是定長時(shí)序隊(duì)列樣本數(shù)據(jù)中第i個(gè)歷史數(shù)據(jù)記錄中回歸因變量值；Xl]，j= 1，…，2p是定長時(shí)序隊(duì)列樣本數(shù)據(jù)中第i歷史數(shù)據(jù)記錄中回歸自變量值；
[0060] e是除去2p個(gè)自變量Xij后對y;影響的隨機(jī)誤差。
[0061] 對從生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)序列組xm=(x!，x2,…，xp),m= 1，…，p，自變量擴(kuò)充變 換可得到擬合自變量數(shù)據(jù)序列組合.％. 即Xm= (X^Xf ，xp,xp+1,xp+2,…，x2p)，m= 1，2,…，2p，其中對于部分自變量滿足式（7)
[0062] xp 丨' =x'yk = !) (7)
[0063] 對于生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)序列組xm=(xux2, ???，xp),m=1，…，p所對應(yīng)的煙塵發(fā)生率 如式⑶所示。
[0064]y=a0+a1x1+a2x2+---+apxp+ap+1xp+1+ap+2xp+2+---+a2px2p (8)
[0065] Xl，…，\是生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)序列；
[0066] xp+1,…，x2p是由x丨，…，xp導(dǎo)出的變量；
[0067]a。，ai，…，ap,ap+1,ap+2,…，a2p是待回歸模型系數(shù)；
[0068]y是煙塵發(fā)生率的數(shù)學(xué)模型回歸值。
[0069] 根據(jù)式（4)提供的數(shù)據(jù)，擬合數(shù)學(xué)模型可表達(dá)成
[0070] Y=m
[0071]Y是歷史數(shù)據(jù)，一維列向量，YnX1=[y^，…，yn]T
[0072]A是擬合系數(shù)，一維行向量，A1X2p= [a。，ai，…，ap,ap+1,ap+2,…，a2p]
[0073] 由式（5)所示的生產(chǎn)流程中獨(dú)立觀測數(shù)據(jù)采用最小二乘確定擬合系數(shù)a。，ai，… ，ap,ap+1,ap+2,…，a2p，即在保證
[0074]
[0075] 分別對式（10)求a。，ai，…，ap,ap+1,ap+2，…，a2p系數(shù)的偏導(dǎo)，可得到樣本系數(shù)估計(jì) 值
[0076]
(1 1J
[0077] 式（11)整理后可得
[0078]
[0079] 根據(jù)式（12)偏微求導(dǎo)得出的回歸估計(jì)值為
[0080]
[0081] 由式（13)可知，煙塵發(fā)生率的估計(jì)值為
[0082]
04)
[0083] |是遞推公式輸出因變量預(yù)測值；
[0084] 弋名，? -，4P是由定長時(shí)序隊(duì)列樣本數(shù)據(jù)得出的遞推模型系數(shù)。
[0085] 本發(fā)明的煙塵發(fā)生率的在線遞推計(jì)算方法是根據(jù)不定間隔周期內(nèi)歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建 非線性回歸約束模型，并對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性變換和歸一化處理，采用最小二乘微分偏 導(dǎo)法求解遞推模型的系數(shù)矩陣?；貧w模型采用冗余熱備份雙計(jì)算模型，在遞推模型進(jìn)行煙 塵發(fā)生率遞推計(jì)算時(shí)，計(jì)算備份模型系數(shù)矩陣。完成遞推模型遞推計(jì)算后，備份模型系數(shù)自 動(dòng)寫入備份模型。
[0086] 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0087] 1.本發(fā)明使用定長時(shí)序隊(duì)列存儲樣本數(shù)據(jù)，方便歷史數(shù)據(jù)更新，采用最小二乘微 分偏導(dǎo)法在線遞推求解遞推模型系數(shù)，實(shí)現(xiàn)煙塵發(fā)生率的在線預(yù)測，為冶金爐窯的在線優(yōu) 化控制和生產(chǎn)決策提供數(shù)據(jù)支持。
[0088] 2.本發(fā)明中煙塵發(fā)生率預(yù)測模型采用冗余熱備份模式，一路用于煙塵發(fā)生率的回 歸計(jì)算，另一路用于遞推模型的實(shí)時(shí)更新。這種冗余熱備份計(jì)算模式提高了遞推模型的安 全可靠性。
[0089] 3.本發(fā)明現(xiàn)場實(shí)施方便簡單，易在現(xiàn)有的控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，有利于大規(guī)模推廣應(yīng) 用。