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超薄非晶合金厚度的多模态模糊仿人智能纠偏策略研究

超薄非晶合金厚度的多模态模糊仿人智能纠偏策略研究

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作者：郭振太原理工大学

学位级别：硕士

超薄非晶合金是一种具有微观组织结构的新型软磁合金材料,此类材料在生产过程中制造流程短、内部原子排列结构特殊,具有高磁导率、高饱和磁感应强度、低损耗等突出优点,因此,超薄非晶合金在新能源、电力电子等领域得到广泛应用。超薄非... 详细信息

超薄非晶合金是一种具有微观组织结构的新型软磁合金材料,此类材料在生产过程中制造流程短、内部原子排列结构特殊,具有高磁导率、高饱和磁感应强度、低损耗等突出优点,因此,超薄非晶合金在新能源、电力电子等领域得到广泛应用。超薄非晶合金厚度是影响产品质量和性能要求的关键指标,且薄带厚度为微米级,厚度精度要求很高。在实际生产过程中,超薄非晶合金厚度规格一定时,过渡包内压力和温度是引起厚度波动的两个主要因素。由于制带时过渡包内合金熔液不断减少、外界环境不断变化,为了维持喷嘴口合金熔液喷射量的稳定,需要合理给定不同时刻过渡包内压力和温度的设定值,目前实际生产过程中压力和温度设定值主要由现场操作人员按照经验设定,受主观因素影响,设定不够准确,从而导致超薄非晶合金厚度不均匀的问题。针对上述问题,本论文以超薄非晶合金厚度为研究对象,提出超薄非晶合金厚度的多模态模糊仿人智能纠偏策略,以实现厚度纠偏,保证超薄非晶合金厚度均匀。本论文的主要研究内容有:(1)研究超薄非晶合金生产工艺流程及生产系统构成,总结生产系统中主要生产设备的机械结构特点和作用机理。通过制带过程的机理公式推导,分析引起超薄非晶合金厚度波动的主要因素。针对目前生产过程中存在的厚度不均匀问题,设计了超薄非晶合金厚度纠偏系统,为厚度纠偏策略的研究奠定基础。(2)针对超薄非晶合金厚度与过渡包内压力、温度之间存在复杂非线性关系,提出了基于改进PSO-GRNN的超薄非晶合金厚度回归模型。首先对样本数据中的异常数据进行数据预处理;然后建立了基于GRNN的厚度回归模型,并采用改进PSO算法对模型进行参数优化,改进PSO算法在粒子更新过程中引入交叉和变异操作,同时还改进了算法中惯性权重的更新方式;最后进行大量的仿真实验,验证了模型的准确性,该模型为厚度纠偏策略的仿真研究提供基础。(3)针对超薄非晶合金生产过程中存在厚度不均匀的问题,提出了一种超薄非晶合金厚度的多模态模糊仿人智能纠偏策略。首先对生产现场数据进行分析,利用厚度偏差信息对厚度变化趋势进行划分;然后根据现场专家在厚度不同变化情况下过渡包内压力和温度设定值的调整经验,设计了包括Bang-Bang、模糊、补偿、保持模态的多模态模糊仿人智能纠偏策略;最后进行大量的仿真研究,验证了厚度纠偏策略的有效性,对超薄非晶合金生产过程中的厚度纠偏提供指导。(4)利用WinCC上位机软件,在超薄非晶合金生产过程智能监控系统的基础上设计研发了超薄非晶合金厚度纠偏智能监控界面,监控界面将超薄非晶合金生产模拟结构、厚度相关参数、厚度趋势变化曲线、厚度回归模型及厚度纠偏策略集成在一起,实现了超薄非晶合金厚度纠偏过程中纠偏结果的实时显示、趋势分析、变量记录、智能报警及模型优选、纠偏策略优选等功能。

关键词：超薄非晶合金厚度纠偏改进PSO-GRNN 多模态模糊仿人智能纠偏策略智能监控

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超薄非晶合金生产中过渡包内温度建模及智能控制

超薄非晶合金生产中过渡包内温度建模及智能控制

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作者：韩高鹏太原理工大学

学位级别：硕士

超薄非晶合金具有低损耗、高磁导率和小型化的特性,被广泛应用于电力电子设备制造。在实际生产中超薄非晶合金的厚度受多种因素影响,过渡包内温度是主要影响因素之一。过渡包内温度偏高,会使熔液粘度减小,导致熔液层流间内摩擦力减小,... 详细信息

超薄非晶合金具有低损耗、高磁导率和小型化的特性,被广泛应用于电力电子设备制造。在实际生产中超薄非晶合金的厚度受多种因素影响,过渡包内温度是主要影响因素之一。过渡包内温度偏高,会使熔液粘度减小,导致熔液层流间内摩擦力减小,在制带过程中从过渡包喷嘴处喷出的熔液量减小,超薄非晶合金厚度也随之减小;过渡包内温度偏低,则容易导致熔液提前凝固,堵塞喷嘴。实现过渡包内温度精确控制是超薄非晶合金稳定生产的关键之一。本论文以超薄非晶合金生产中过渡包内温度为研究对象,建立了过渡包内温度预测模型,提出了基于预测变论域模糊PID的过渡包内温度控制策略,实现过渡包内温度智能控制,减小过渡包内温度波动。本论文的研究内容主要有:(1)研究了超薄非晶合金生产工艺流程,分析了超薄非晶合金生产系统组成,总结了合金熔炼设备、制带设备、卷取设备以及测厚设备的工作原理、机械结构和电气连接,为后续过渡包内温度控制研究奠定基础。(2)针对过渡包内温度控制系统存在滞后和强耦合的问题,建立了基于引导变异GA-BP神经网络的过渡包内温度预测模型,在控制过程中预测未来一段时间内的过渡包内温度趋势,为过渡包内温度控制器参数调整提供参考。首先利用绝对值中位数法对超薄非晶合金生产现场数据进行预处理,对异常数据进行剔除和插补。并按照厚度规格对超薄非晶合金生产现场数据进行分类存储;然后选取影响过渡包内温度的因素作为预测模型的输入变量,建立基于BP神经网络的过渡包内温度预测模型。采用遗传算法对BP神经网络权值和阈值进行优化,在传统遗传算法的基础上加入引导变异因子,加快寻优速度,提高过渡包内温度预测模型精度;最后基于超薄非晶合金实际生产数据进行仿真实验,验证了过渡包内温度预测模型的准确性和有效性。(3)针对生产现场中过渡包内温度控制存在过渡包内温度波动较大,难以精确控制的问题,提出了预测变论域模糊PID控制策略。首先将模糊论域伸缩因子与过渡包内温度预测模型结合,设计了基于规则推理的预测论域调整器,实现模糊论域根据温度变化趋势超前修正;然后模糊控制器以过渡包内温度偏差和偏差变化率作为输入,通过模糊推理动态修正PID控制器参数,实现过渡包内温度智能控制;最后以山西某钢厂生产现场数据建立了过渡包内温度控制模型,通过仿真实验,结果表明本论文提出的过渡包内温度控制方法具有更快响应速度、更高的控制精度和更强的抗干扰性能。(4)基于Win CC软件设计研发了超薄非晶合金生产过程监控上位机界面,利用OPC技术建立Win CC与Matlab的数据通信,实现了过渡包内温度控制过程中重要参数实时显示、数据存储与分析、报警提示及记录、过渡包内温度预测模型算法参数设置、温度智能控制算法参数设置等功能。

关键词：超薄非晶合金过渡包内温度引导变异GA-BP神经网络预测变论域模糊PID 监控界面

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基于偏差组合专家PID的超薄非晶合金生产中压力控制

基于偏差组合专家PID的超薄非晶合金生产中压力控制

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作者：刘咸贺太原理工大学

学位级别：硕士

超薄非晶合金作为一种新型的软磁材料,广泛应用于电力、机械和化工等领域。超薄非晶合金采用超急冷凝固技术从熔液到合金一次成型,冷却速度极快,其生产过程是一个高温、高速和高精度的过程,其中小的压力波动就会导致超薄非晶合金厚度超... 详细信息

超薄非晶合金作为一种新型的软磁材料,广泛应用于电力、机械和化工等领域。超薄非晶合金采用超急冷凝固技术从熔液到合金一次成型,冷却速度极快,其生产过程是一个高温、高速和高精度的过程,其中小的压力波动就会导致超薄非晶合金厚度超出要求范围。当过渡包内压力过大时,单位时间内喷出的合金熔液增多,超薄非晶合金厚度增加;当过渡包内压力过小时,单位时间内喷出的合金熔液减少,超薄非晶合金厚度减少。目前在超薄非晶合金生产中过渡包内压力波动较大,导致超薄非晶合金厚度不均匀。因此,本论文以过渡包内压力为研究对象,提出了一种偏差组合专家PID控制策略,并设计了超薄非晶合金生产线监控系统及过渡包内压力控制界面。本论文主要研究内容如下:(1)深入分析和研究了超薄非晶合金制取方法及生产工艺流程,在此基础上,根据超薄非晶合金生产系统的总体构成,对超薄非晶合金熔炼设备、超薄非晶合金成型设备和辅助设备的组成和控制原理进行了分析,并总结和分析了现有压力控制系统以及存在的问题,为后续过渡包内压力控制研究奠定了基础。(2)在超薄非晶合金生产中过渡包内压力受多种因素的影响,且各因素之间关联性较强,本论文通过分析过渡包内压力相关因素,采用BP神经网络构建过渡包内压力预测模型,并提出了一种自适应PSO算法,通过适应度值中位数进行自适应分区和对最优位置的局部搜索,调整每个粒子的飞行方向与速度,得到BP神经网络的最优权值和阈值。利用山西某钢厂实际生产现场数据进行仿真实验,结果表明,与BP神经网络、PSO-BP神经网络相比,自适应PSO-BP神经网络用于过渡包内压力预测时精度更高,可以为后续过渡包内压力控制提供依据。(3)针对过渡包内压力控制系统具有非线性的特点,常规PID控制时过渡包内压力波动较大的问题,提出了偏差组合专家PID控制策略。首先采用自适应PSO-BP神经网络构建过渡包内压力预测模型,然后根据压力预测模型对未来时刻的过渡包内压力趋势进行预测,并通过权重因子将压力预测偏差和压力测量偏差进行组合;最后采用组合后的压力偏差及其偏差变化率作为专家控制器的输入,实现压力智能控制。利用山西某钢厂实际生产现场数据进行仿真实验,结果表明,本论文提出的偏差组合专家PID算法能够稳定跟踪过渡包内压力设定曲线,满足生产要求。且与常规PID算法、专家PID算法相比,跟踪误差更小,能够有效减少压力波动情况的发生。(4)为了实现超薄非晶合金生产线的智能监控,为生产线操作人员提供可视化操作界面,本论文根据超薄非晶合金生产现场需求,应用工业组态软件WinCC设计了超薄非晶合金生产线监控系统及过渡包内压力控制界面,并利用OPC技术完成了WinCC与Matlab之间的数据互通,实现了超薄非晶合金生产中重要工艺参数、过渡包内压力预测模型结果和过渡包内压力控制结果的实时显示以及智能报警等功能。

关键词：超薄非晶合金过渡包内压力自适应PSO-BP神经网络偏差组合专家PID 智能监控

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