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固定尺度最小二乘支持向量机在钢水温度预报中的应用研究

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固定尺度最小二乘支持向量机在钢水温度预报中的应用研究

作者：晁玉红东北大学

学位级别：硕士

对LF炉钢水温度的准确预测,是合理组织生产、提高钢水质量、降低炼钢成本、实现钢水温度控制的重要前提。而在LF炉冶炼过程中,预测对象为非线性系统,难以建立准确的机理模型,因而考虑采用基于数据的方法建立模型。固定尺度最小二乘支持... 详细信息

对LF炉钢水温度的准确预测,是合理组织生产、提高钢水质量、降低炼钢成本、实现钢水温度控制的重要前提。而在LF炉冶炼过程中,预测对象为非线性系统,难以建立准确的机理模型,因而考虑采用基于数据的方法建立模型。固定尺度最小二乘支持向量机(FS-LSSVM),它在训练各种样本数据集时,有效地避开了最小二乘支持向量机(LS-SVM)中的稀疏性问题,且训练速度快,同时具有良好的预测精度和泛化特性。本文提出基于固定尺度最小二乘支持向量机的方法对钢水温度进行预报。本文在分析支持向量机和最小二乘支持向量机的基础上,为解决最小二乘支持向量机丧失稀疏性的问题,详细阐述了固定尺度最小二乘支持向量机的机理。为解决计算核矩阵特征值太过复杂的问题,使用Nystrom方法来估计特征空间映射;并采用二次Renyi熵判据,来优化选择工作集中的数据。通过对FS-LSSVM的分析,发现尺度的大小会直接影响建模时间和预测精度,而目前尚无一种有效的确定方法。针对这一问题,本文提出了基于减法聚类的尺度确定方法,减法聚类聚出的类中不包含不平稳的数据点,能包括所有潜在的支持向量,由它确定的类数具有代表性,可以作为FS-LSSVM的尺度,从而有效地解决了固定尺度支持向量机的尺度确定问题。最后,通过对精炼炉能量收支平衡的分析,以电耗、初始温度、冶炼时间、合金及渣料的加入量、钢水重量为输入量,建立了基于固定尺度最小二乘支持向量机的钢水温度预报模型。并对固定尺度最小二乘支持向量机模型的预报结果和最小二乘支持向量机模型预报的结果进行了对比分析,验证了固定尺度最小二乘支持向量机预报模型应用在精炼炉钢水温度预报中的有效性。最后对采用不同尺度值的情况下,对预报结果对比分析,验证了减法聚类确定尺度M的有效性。

关键词：支持向量机尺度选择减法聚类钢水温度预报

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引射式跨声速风洞关键参数的建模

引射式跨声速风洞关键参数的建模

作者：祖昊炜东北大学

学位级别：硕士

风洞是飞行器设计初期进行空气动力学实验的设备。在进行高速空气动力试验时,风洞系统的马赫数、总压、静压等关键参数的稳定性和控制精度对实验效果起着决定性的作用。高精度的风洞模型对于风洞系统中流场的控制具有十分重要的意义。... 详细信息

风洞是飞行器设计初期进行空气动力学实验的设备。在进行高速空气动力试验时,风洞系统的马赫数、总压、静压等关键参数的稳定性和控制精度对实验效果起着决定性的作用。高精度的风洞模型对于风洞系统中流场的控制具有十分重要的意义。本文在对引射式跨声速风洞系统的气动结构、空气环流以及吹风试验特点详细分析的基础上,确定了影响风洞系统关键参数的主要因素。考虑到风洞内空气三维流动,系统运行机理复杂,影响因素多,很难建立机理模型,本文选择基于数据的建模方法,选用神经网络建立关键参数模型。通过对风洞系统空气环流和吹风试验的分析,可知风洞系统为非线性动态系统,为了有效的描述系统的动态特性,本文选用带有状态反馈的Elman神经网络作为系统辨识的模型。神经网络的结构参数对网络最终的辨识效果有重要的影响,结构参数包括隐含层节点数和输入层节点数。隐含层节点数由多次试验确定,输入层节点数由输入变量及其阶次决定。输入变量可以通过影响因素分析确定,输入变量阶次可通过引入相空间重构理论中嵌入维和延迟时间的概念来确定。本文首先采用互信息算法确定模型输入变量的延迟时间,然后利用Cao氏法确定各输入变量阶次。Elman递归神经网络的基于梯度下降原理的训练算法计算复杂度较高,且收敛速度较慢。新型递归神经网络回声状态网络在一定程度上解决了Elman神经网络训练困难的不足。回声状态网络仅需要训练输出层权值,且算法简单,大大简化了训练过程。为了进一步提高模型精度,缩短训练时间,选用回声状态网络作为系统辨识的模型进行建模和仿真,并对仿真结果进行比较分析,最终选择精度较高的回声状态网络模型作为风洞系统关键参数模型。

关键词：风洞马赫数系统辨识神经网络

连续变姿态角工况下风洞马赫数的控制方法研究

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连续变姿态角工况下风洞马赫数的控制方法研究

作者：朱天成东北大学

学位级别：硕士

农村劳动力转移对粮食绿色全要素生产率的影响研究——以全国31个省市为例

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农村劳动力转移对粮食绿色全要素生产率的影响研究——以全国31个...

作者：刘雨桐西南财经大学

学位级别：硕士

为了实现乡村振兴战略和“双碳”目标,必须推动农业发展方式的转变。粗放型的农业发展方式带来的资源短缺与环境污染问题,已迫切要求农业生产由要素驱动向绿色全要素生产率(GTFP)驱动转型。粮食生产作为核心的农业产业,其绿色高质量生... 详细信息

为了实现乡村振兴战略和“双碳”目标,必须推动农业发展方式的转变。粗放型的农业发展方式带来的资源短缺与环境污染问题,已迫切要求农业生产由要素驱动向绿色全要素生产率(GTFP)驱动转型。粮食生产作为核心的农业产业,其绿色高质量生产的重要性不言而喻。当前及今后,在继续推动农村劳动力非农就业转移的背景下,厘清农村劳动力转移对我国粮食GTFP的影响及影响机理,有助于选择更好的粮食绿色高质量发展路径。本文首先对我国农村劳动力转移数量的时序演变以及地区差异进行了分析。随后,基于DDF-GML指数模型依次从全国、东中西部和省际等尺度,测算了1999年—2020年粮食GTFP及其分解项系数,分析了粮食GTFP的时空与区域特征。最后,通过建立双向固定效应模型,分析了农村劳动力转移对我国粮食GTFP及其构成项的影响。本文研究分析的结果表明:第一、从整体来看,我国农村劳动力转移数量保持上升趋势,农村农业劳动力数量和农村劳动力绝对数均呈下降趋势。我国各地区农村非农转移的速度依次呈“东部>中部>西部”的排列顺序。其中,东部地区仍为我国农村劳动力人口的净流入地,且当地农村劳动力就地转移的规模最大;中、西部地区为人口净流出地,农村劳动力倾向于跨省转移的可能性较大。第二、我国粮食GTFP呈波动式缓慢上升趋势。这种上升主要依赖于粮食绿色技术效率(GEC)改善,而非粮食绿色技术进步(GTC)。在考虑环境因素后发现,目前我国粮食增产仍是要素投入驱动型而非GTFP提升驱动型,粮食绿色生产质量与可持续性有待提升。分地区看,1999年—2020年粮食GTFP的年均增速依次为:西部地区>中部地区>东部地区;在省级层面,我国东部各省份粮食GTFP的增长大多为粮食GTC单轨驱动或与粮食GEC双轨驱动,中西部各省份则主要以粮食GEC单轨驱动为主。从分解指数上看,东部地区粮食绿色技术进步的状况最好,西部地区粮食绿色技术效率最高。第三、农村劳动力转移对我国粮食GTFP的提升具有显著的正向影响关系,并且是通过正向驱动我国粮食绿色技术效率与绿色技术进步,从而间接促进我国粮食GTFP的增长。由此说明,我国农村粮食绿色生产的要素替代深化效应与技术反向倒逼效应,要大于由劳动力转移所产生的农村人力资本弱化效应。但这种效应关系在东中西部地区的影响会存在差异,其中农村劳动力转移对中部地区的粮食GTFP影响程度最高,而对西部地区的影响最低。由此说明中部地区适当的非农转移反而可显著减少粮食生产过程中相对冗余的劳动力资源,并对粮食绿色生产的产量提高带来一定的积极作用。基于研究分析的政策启示是:在提升粮食绿色技术进步方面,需加大投入;应不断提升在城农民工的合法权益保障,继续适当合理推进农村劳动力转移;要因地制宜地优化地区粮食绿色生产要素配置。

关键词：农村劳动力转移粮食绿色全要素生产率绿色技术效率绿色技术进步

FL-26风洞高马赫数流场预测控制方法研究

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FL-26风洞高马赫数流场预测控制方法研究

作者：李蛟东北大学

学位级别：硕士

中国大飞机的设计研制需要在风洞中进行高精度的空气动力学试验,在增压高马赫数工况下,风洞中马赫数控制精度达到0.001是大飞机设计研制工作顺利进行的重要保障。FL-26暂冲式风洞是我国大飞机研制的唯一平台,目前采用PID控制算法能够达... 详细信息

中国大飞机的设计研制需要在风洞中进行高精度的空气动力学试验,在增压高马赫数工况下,风洞中马赫数控制精度达到0.001是大飞机设计研制工作顺利进行的重要保障。FL-26暂冲式风洞是我国大飞机研制的唯一平台,目前采用PID控制算法能够达到马赫数0.003的控制精度。我们通过设计带有攻角补偿模型的预测控制器,能够在常压低马赫数工况下实现0.001的精度目标。但是真实的大飞机测量试验更多的需要在增压高马赫数工况下进行,针对增压高马赫数风洞流场的特点,通过修正攻角补偿模型的方法实现在增压高马赫数工况下马赫数精度达到0.001的目标。首先,通过分析影响马赫数的物理量,风洞结构和攻角变化的特点确定采用预测控制算法控制以主排气阀位移和栅指位移为输入,总压和静压为输出的2入2出风洞流场系统。研究在增压高马赫数工况下实现马赫数高精度控制的预测算法。在增压高马赫数工况下,气体压缩性增强,攻角变化过程中,测量点处的静压随着气体压缩性的增强而更加难以控制,利用阶跃响应数据作为预测模型并将试验中攻角对于静压的影响作为主要干扰,提前测取攻角对于静压的补偿模型并将其补偿到静压预测值中,利用攻角补偿模型减小攻角变化对静压的干扰。其次,在增压高马赫数工况下进行大攻角阶跃响应试验会引起飞机模型尾部剧烈振动,为了确保飞机模型的安全,无法测取大攻角的补偿模型。提出了利用近似工况下大攻角补偿模型作为初始补偿模型,利用初始补偿模型进行吹风试验,通过吹风试验数据修正初始攻角补偿模型的方法。结合预测控制算法和遗传算法计算补偿模型修正系数,通过不断修正使攻角补偿模型满足精度要求。并将修正方法应用在飞机由尾撑改变为腹撑的工况下,试验效果表明,攻角补偿模型修正方法能够修正攻角模型满足精度要求,使马赫数达到0.001的精度。最后,采用Labview语言设计高马赫数风洞流场控制器,针对试验过程,在主显示界面,控制器参数设置界面,参数显示界面上增加了方便实用的操作功能,增强了控制器的可操作性。展示了风洞流场控制器在不同工况下的控制效果,实现了在增压高马赫数工况下马赫数精度达到0.001的目标。

关键词： FL-26风洞马赫数预测控制模型修正

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精炼炉底吹氩气流量的控制与优化

精炼炉底吹氩气流量的控制与优化

作者：王莉东北大学

学位级别：硕士

底吹氩技术是精炼炉精炼过程中关键工艺环节之一,是保证钢材质量的重要工艺操作。底吹氩技术因其具有强搅拌力、均匀温度和成份、加快化学反应和去除有害气体和夹杂等良好的冶金效果广泛应用于钢铁冶炼领域。本文将PCM调流器做为精炼炉... 详细信息

底吹氩技术是精炼炉精炼过程中关键工艺环节之一,是保证钢材质量的重要工艺操作。底吹氩技术因其具有强搅拌力、均匀温度和成份、加快化学反应和去除有害气体和夹杂等良好的冶金效果广泛应用于钢铁冶炼领域。本文将PCM调流器做为精炼炉底吹氩气系统的执行机构,并以该系统为研究对象,确定了系统的控制策略,优化了吹氩制度。基于流体力学的相关理论,对精炼炉底吹氩过程控制系统进行了深入分析与研究,建立了被控对象的数学模型和执行机构(即PCM调流器)的数学模型。考虑到精炼炉冶炼过程中不同炉次的钢包、透气面积及钢水高度等对被控对象模型参数的影响较大,所以采用模糊控制提高控制系统的鲁棒性;根据同一炉次冶炼过程中氩气流量设定值大范围频繁变化的问题,提出了变论域模糊参数自适应PID的控制策略,以提高系统的控制性能。通过对精炼炉底吹氩工艺的分析和研究,建立了描述底吹氩气的搅拌特性、钢水混合特性、反应速度特性、液峰高度和去除夹杂特性的数学模型。在基于精炼炉底吹氩气生产工艺和水力模拟实验建立的吹氩制度基础上,考虑到精炼炉冶炼过程中各个冶炼阶段的冶金工艺目标不同,在每个冶炼阶段选择不同的目标,建立了多目标的底吹氩气优化系统,对各个阶段的吹氩参数进行优化。通过对精炼炉底吹氩气流量的控制,使氩气能够稳定、快速、准确地跟踪设定值的变化;对氩气流量的优化,提高了搅拌效率,缩短精炼时间,为实际的吹氩制度提供了依据。

关键词：精炼炉 PCM 变论域模糊参数自适应PID 吹氩制度优化

基于迁移学习的连续加料式电弧炉终点温度预报方法研究

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基于迁移学习的连续加料式电弧炉终点温度预报方法研究

作者：徐凤振东北大学

学位级别：硕士

在现代大规模炼钢生产中,电弧炉炼钢是最重要的方法之一。相对顶装料式电弧炉,连续加料式电弧炉不论是在经济效益还是环境保护方面都有所提高。终点温度是电弧炉炼钢过程中一个十分重要的参数。终点温度的预报在炼钢自动化中也起到关键... 详细信息

在现代大规模炼钢生产中,电弧炉炼钢是最重要的方法之一。相对顶装料式电弧炉,连续加料式电弧炉不论是在经济效益还是环境保护方面都有所提高。终点温度是电弧炉炼钢过程中一个十分重要的参数。终点温度的预报在炼钢自动化中也起到关键的作用,因此对终点温度预报的研究是非常有必要的。电弧炉炼钢是一个复杂的物理、化学反应过程,且具有强烈的非线性和反应间的耦合性,很难建立准确的终点温度预报模型,所以大多数的研究是采用数据驱动的建模方法来实现终点温度预报。然而,对于新建立的连续加料式电弧炉,生产的炉次很少,数据量较少,基于较少炉次的数据很难建立精准的模型。为此,根据迁移学习的思想,引入一个已连续在线生产多个炉次的电弧炉的数据,解决数据样本少的问题。在研究连续加料电弧炉设备和工艺过程的基础上,对炼钢过程中的能量变化的情况进行了分析,根据能量守恒定律,得到了终点温度预报模型。之后确定了影响终点温度的因素,并筛选出了包括出钢量、石灰量、萤石量、碳球量、白云石、镁球、碳粉量、吹氧量等19个关键变量。由于某些关键变量之间存在一定的相关性,考虑到炼钢过程中的严重非线性,采用堆栈去噪自编码神经网络,基于源域炉的大量生产数据,建立输入特征的提取模型,并将该特征提取模型应用于目标炉的终点温度预报模型建立的过程中。通过该特征提取模型可以使目标炉少量数据具有提取特征,接下来,采用支持向量回归机的方法,建立目标炉的钢水终点温度预报模型。这就实现了基于特征迁移的终点温度预报方法。由于目标炉数据样本少,温度预报模型会因过拟合而导致预报精度不够理想。为此,在特征迁移的基础上,通过将源域炉样本引入到目标炉建模过程中,以同时得到两炉的终点温度预报模型并约束源域炉温度模型和目标炉温度模型的差异度为目标,构建“t-SVR终点温度预报系统”,实现基于特征-实例的终点温度预报方法。最后,通过仿真实验,验证了基于迁移学习的终点温度预报方法的有效性,在目标炉终点温度预报中取得了比较理想效果。

关键词：连续加料式电弧炉终点温度迁移学习特征迁移实例迁移