автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Розробка та дослiдження методiв прогнозу та непрямих вимiрювань параметрiв у системi керування конвертерною плавкою

Академ^ наук УхраТки 1нститут кибернетики 1мен1 В. М. Глушкова

На правах рукопису

М1СК1-ОГЛУ ОлексшТеоргшович

РОЗРОБКА ТА ДОСЛЩЖЕННЯ МЕТОДIВ ПРОГНОЗУ

ТА НЕПРЯМИХ ВИМ1РЮВАНЬ ПАРАМЕТР1В У СИСТЕМ! КЕРУВАННЯ КОНВЕРТОРНОЮ ПЛАВКОЮ

05.13,01 — керування у техшчних системах

Автореферат дисертаци на здобуття наукового ступеня кандидата, техшчних наук

КиГв 1994

ДксертаШею е рукопкс.

Робота виконана в Хнституп шбернетики 1меш В. М! Глуш-

кова АН Украши.

Науковий кер1вник: доктор техшчних наук, професор

вАСИльев в. I.

Оф1д{йн1 опоненти: доктор техшчних наук, професор БАКАН Г. М„

кандидат техшчних наук БОГУШЕВСЬКИЙ В. С.

Провщна оргашзащя: ДонНД1чормет.

и

199 ) о.'оА

Захист в1дбудеться «-——» 199 У р. сн

годин! на засщанш спещал1зовано1 вчено'1 ради Д 016.45.04 при 1нститут1 ыбернетикн ¡меш В. М. Глушкова АН Укра!-ни за адресою: ' - .

252207 Ки1в 207, проспект Академжа Глушкова, 40.

3 дисертащею можна ознаномитися в науково-техшчному арх!в! институту. .

Автореферат роз1сланий- » —бл^ис^—, ]дд у р.

' - .' . /'

Вченин секретар —

спешал1зовано'1 вчежн ради : ' ГУБАРЕВ В. Ф.

>

-1-

ЗЛГЛЛЬНЛ ХАРАКТЕРИСТИКА

АктуальШсг. прсСлеми. ОСчлс-оальт:а техШкз в чортй м*талуо-г11 почала широко гаотосуаатиеь на початку 60-х рок1в. На сьогодн1 автомагизоЕ?Л1 : сис?е«я керування ycix велгссих мдоцурпкних ком-б1нат1» обладнан1 с17ец)ап1зот::ями кзругчимм обчис.,^г<г-лкэ5я книгами, СМ ЕОМ та персоналыкмл ЕОМ. Для статичного 'з торг-;'полог' ï металурПв) керу^зння ксиверторшда процссом. тобто для роэрахунку сударно1 к1лькост1 схоло.гокуБачае шлакоутворашкх та кися» *га ¡шавку, використозуаться р1внят1п теплового та г!атер1ального баггн-су. Поряд з балансовыми вяроко використовуютьсп лШйн! perpeclltei модель ЗдШснюються кроки по викоркстагеш для керування плавкою дикам1чшпс моделей. Лле ц! модел1 виявляються лостатньо складнши 1 на практиц1 використовують дкнам1чну вдоль ?1льки на закупочному пер 1 од! плавки, базуючись иа даних, отриманих в1д вим1рюзалыюго зонду. Проте б1льи!сть конвертор1в не оОладнана такими вим1рюваль-ними зондами, 1х експлуатаШя достатньо складна 1 дорого коштув. Ось чому задача побудови адекзатннх математичних моделей киснево-кснверторного прочесу для контролю та керування е достатньо актуальною.

Зважаючи на складн1сть та р1зкор!ди1сть процес1в, що в1дбува-ються у конверторн1й ванн!, для р1иення поставлено! задач 1 про-понуеться вид1лити окрем! пер!оди плавки, використовуючи дан1 вим1рювань непрямих параметра, методами автоматично! класиф1кацП вид1лити технолог1чн1 ситуацП, що вишкають до початку кожного пер1оду, з подальшою побудовою для кожно! техиолог1чно! ситуацП npocTOl динам!чно! модель

Мета га задач! доошдженъ. Метою дисертацПе викоркстання теорП та иетод1в розп!знавания образ 1 в 1 автоматичноI класиф!ка-ц11 для пол1пшення якост1 керування киснево-конвэрторним процесом, розробка в!дпов1дних алгоритм!в та створешш на 1х основ 1 системи контролю та керування з автоматичним виббром структур« математич-ко1 модел1 1 атоматичним настроюванням И параметр!в для подаль-иого функц1опувашш ц1е! системи у режим 1 порадника оператору конвертора.

У в1дпов1дност1 з ц1ею метою розв'язувались так1 задачи -проведения пор!вняльного анал1зу математичних моделей керу-вання конверторним процесом виплавки стал! на етап! продувки:

-розробка кусково-л1н1йних математичних моделей з використаь-

1шм автоматично! ккасиф1ш?11;

.-обгрунтувашя регресШшх метод 1в оц1нки параметра стану в основний та заклшний пер 1 ода продувки;

-розроб'са струхтурно1 схеми контролю та керування основними параметра?-!!! конврфторко! плавки;

-розробка прикладного програшого забезпечешя та його засто-сування для вир1шення практичких задач.

Методи досл!джень. При псбудов1 математично! модел1 киснево-конверторного процесу викоргхтовувались основн1 положения теор11 металурПШшх тгроцес1в, теорП автоматичного керування та теорП розп1зиаваш1Я образ1в. Алгоритми автоматично! класиф1кац11 розроб-лялись з використашшм теорП ймов1рност! та математично! статистики.

Наукова новизна робота знайшла вираження у таких положениях: -запропоновано 1 досл1джено новий п1дх1д до проблеми побудови математично! модел1 технолог 1чного процесу, оснований на тому, що прост1р параметра розбиваеться на окрем! класи з подальшою 1дентиф1кац1ею математично1 модел1 в кожному клас! окре'мо;

-побудован1 кусково-л1н1йн! ... .дел1 для кожного пер1оду продуз-

ки;

-розглянут1 р1зн! Шдходи до побудови регресШшх моделей для оц1нки параметр!в стану в кожному пер1од! продувки;

-запропонована методолог 1я контролю та керування режимними параметрами конверторно1 плавки з використанням результата прогнозу осиовних технолог 1чш« параметр!в за побудованими кусково-л!н!йни-ми математичними моделями.

Лракхична Щшпсть. На основ! результат1в теорегичних доел1д-жень Оули проведен! сл1дуюч1 практичн1 розробки:

-досл)дкен1 непрям! параметри конверторного процесу з метою вид1лення пер1од1в продувки та побудови моделей прогнозу;

-запропоновано 1 випробувано граф!чний та чисельний метода ви-д1лення пер1од1в продувки;

-розроблен1 та вилробуван1 на масив! реальних плавок алгоритми контролю та анал1зу параметр1в технолог Иного процесу конвертор-1Ю1 плавки;

-розроблено 1 випробувано апаратно-програмний комплекс на баз1 м!кропроцесорнга засо(51в для реал!зац11 алгоритм!в контролю та керування ОСНОВШ1МИ технолог!чними ситуаЩями та параметрами конвер- .

торно! плавки.

г'еал1аац1я та впроватаешш ре-зультаччд. Огрда.ан! за рззуль-татами нровс-дешпс досл1джень алгоритма контролю та керуваняя внко-ристан1 в систем! коитро,"» та анал1зу параметра теиюлог ¿много процесу конверторно! пласкя, котра функЩонус в режим! иорапника оператору конвертора.

Як керуючий обчислювальний комплекс (КОК) обрело персональну ЕОМ типу IBM РС/ЛГ, доповнену спец1ально розробленим обладканняя вводу-виводу. Данкй КОК призначенкй для збору та ооробки yclel 1н-фор?.:ац11 про технолог 1чниЛ процес конверторно1 плавки. визначення параметр)в матенатэтних моделей, видач! в1дгов1диих рекомендац!П по керуванню технологии™ процесом та створення в1днов1дних тох-нолог!чних Саз даних.

Впроваджепня результата дано1 роботи дозволяз зд1йснювати на-д1йний контроль та коректування процесу плавки на етап! продувки. Лосл1 дно-пратслова ексгыуатац1я розроблено1 системи контролю технолог 1чного процесу дозволила з01лыаити к1льк1сть плавок, завершу-вагеих з першо! псвалки, пол1пшити контроль режиму шлакоутворюван-ня а такок змешиги збитки ь!д перепризначекня в Irani марки сталь

Апробащя. Теоретичн1 та практ1гш1 результата дисертацП допов1дались на,:

-Четверт1й Всесоюзн1й конферехп!I "Математичн1 метода розп1з-навання образ 1в"(Рига, 1989);

-галузевШ наукоьо-техн1чн1й нарад1 "Утворення та впроваднешш АСК ТП в чорн!й та кольоров!й металургИ" (Москва, 19Э0);

-зас1даннях Республ1канського сем1нару при пауков1й рад1 АН Укра1нк з проблеми '*К1бернетика"(Ки1в, 1988-1992);

-рег!ональних науково-гехн1ч;шх конференд!ях Шар! уголь, 19921993);

-ПершШ Всеукра1нсък1Я кокференцП по обробц1 сигнал!в 1 зо<3-ражень та розп!знаванкю образ!в (Ки!в, 1992).

ПублисаШ!. OchobhI положения дисертацП опубл!кован1 у 10 друкованих працях.

Структура та обсяг дисертацП. Дисертац1йна робота склада-еться 1з вступу, шести глав, закличення, списку л1тератури з 53 на^енувань та двох додатк1в. Обсяг роботи стано&ить 154 мавино-пйсних CTOpiHOK, з яг;:х основного тексту - 134 с?ор1нки, 5 таб-лиць, II рисунк)в.

-4-

EMICT РОБОТП

У встутй обгрувговаиа а;:туальн1стъ теки, викладен! наукова новизна 7й практична ц1шйсгь одэржашсс результат^.

В глав! I наведена характеристика кмснеьо-конвер?орш1 шавкк як технолог1чного об'екту керувания. Проведено огляд 1снуючих статичних та динам1чних моделей конверторно! плавки. Даеться постановка задач1 для проведених у рамках ule! робота досл1джень. Особливу увагу прид1лено нзпрямиы вим!рюванням параметра конверторного процесу та приведена 1х класиф1кац1я.

КонцепхЦя керування продувкою конверторно! плавки, прийнята е дашй робот 1, складаеться з сл!дуючих полокень.

Остаточне р1шення го керуванню дуттьовнм, шлаковим та температурном режимом конверторно! плавки залишаеться за оператором кон-вертора(осоОою, що приймае р1шення). Для квал1ф1кованого та досвП ченого оператора не складае особливих труднощ1в вих!д на задан) технолог1чн1 параметри (к1льк1сть вуглецю та температура кеталу, окисленЮть шлаку) в раз! наявност1 достов1рно1 1нформац11 про xl; процесу конверторно! плавки. Така 1нформац1я може бути отрикаш шляхом використання в!дпов1дних метод!в прогнозу к!нцевих параметра плавки на ochobI II катематично1 модел1. Досв1д роботи конверторного цеху ксм01нату "Азовсталь", зокрема системн ФТ1АН-3, п1дтвэрджуе, що при досягненн1 налегаю! тотеост! прогнозу i вчас-н1й видач1 його результат^ ним охоче користуються оператора конвертора. Задача полягае у вибор1 налезаю! 1нформац11 та в1дпо-в1лних алгоритм1в -для побудови математично! модел1. конверторно плавки ó метою одержашя такого прогнозу.

3 урахувавдям труднощ1в реал1зац11 прямих метод1в вим1р»вання параметра плавки, пропонуеться використати непрям1 вим1рювання. 3 усьго р1гноман!ття непряиих параметр1в тайб1льш адекватно шлако вий, дуттьовий та температурний режими плавки опосередковано в1до бражуються температурою в1дхШшх конверторних газ!в та акустич ною характеристикою продувки.

Перевага цих параметрiв полягае у тому, що вони: '-наЯменш 1нерц1йн1 (пор1вняно з ткм ке х1манал1зом в1дх1дш: конверторних газ1в);

-мокутъ бути вим!рян1 iснуючитли техн1чними засобами; -ксмплексюй характер цих параметр 1 в (коккий з них в1дображг як ре км знэвуглецхвання, так 1 плаксеий рекими) дозволяе викорис

тсвувати Ix для розбэття усього ароцесу продуьки на окрем! sexuo-лог1чн1 пер!оди;

-вщЦлепнн окре?.шх пер!од!в у процес1 гролувки лосьоляе побу-дувати б1льш аде;сватн1 мате^тичн! иодел1 происсу (одна нодоль зам1нюбться в1япсв1дним набором коде лей):

-неточна идормацШ е1д ньпрямих в1',м1рювань (температура в!д-х1дних газ1в та акустнка) мохе бут и вчсорястана для настрскваиш та коректування коеф1ц1ент!в моделей.

На корпеть винористання ¡¡епрямих вим1рюзань св1дчить 1 той факт, що ваш дозволяют» egcîii безперервний контроль за основники технолог 1чними параметра!/гл конверторно! ванни, а отке й приамаги своечасн1 керуюч1 д11.

Глава Z приевлчена розробц1 та використакню метод!в розп1зна-вашя образ1в для пол!шюнля якост1 робота АСК конверторной плавкою.

Через те, що кенверторний технолог1чний процес Ictotho зм!нюе сво! характеристики в залсгмост1 в1д етапу продувки, в дан1й робо-т1 запропоновано використатл таккй п1дх!д до роов'язувашш задач 1 побудови математично! модел! плавки, при якому будумться матема-ткчн1 модел! кожного етапу продувки окремо. 3 ц1еи метою було ви-. користано дек1лька в1домих метод1в, характерШ особливост1 яких, а саме т!, що пс,в'язан1 з особливостями конверторного технолог1ч-нсго процесу, 1 викладаються у друПЙ глав1.

Одним з кохливих напрям!в на шшху спрощення математично1 модел! об'екту.без Ictotho! втрати якост! моделювання с кускова ап-роксимац 1 я повно! мо.дел1 набором б1льш простих моделей, придатних для роботи в обмежен1й област1 значень вх!дних зм1нних.

Для вид!лення таких обменених областей запропоновано взяти алгоритм автоматично! класиф1кац11, який грунтуеться на використанн1 в!дстан1 dix^^.xj) Mis найближчими точками х± и х^ у багатовим!р-ному простср1 озпак. Якщо за модель породження класу прийняти модель р1вном1рного розс1квашм точок в обмежен1й облает!,то для та-ко! модел1 можна отримати густину розпод1лу величини в1дстан1 d Ml к найближчими точками класу. Таку к саму густину розпод!лу, але з 1ня1ими параметрами буде мати 1 величина в1дстан1 м1к центрами найближчих клас1в. Ц1 функц11 густини межуть бути використан1 для в1докремлення внутр1шньокласових в1дстаней в1д м1жкласових.

По виб!рц1 експериментальних даних об'ему N моке бути побудо-ваний масив Езаетшх в!дстаней м!ж точками, куда вв!йдуть кк внут-

р1шньокласов1, так 1 м1хасласов1 в1дстан1. Пор!г для в1докремлення внутр1шньокласових в1дстаней в!д м1хкласових може бути отриманий з умови м 1 н i муму ФужЩоналу середнього рязжу зг1дно з обраним типом вир1шувального правила. Запронсновано використати вир!шувальне правило, засноване на тому визначенн! ознаки, котре використовуеть-ся у метод1 граничних спрощень (МТС). Запровадимо допустиму величину ймов1рност1 помилки е при в1дд!ленн1 внутр1шньокласових з1д-станей в1д м1жкласових за допомогою порогу d . Тод1 для ознаки первого THnj- може бути знайдено таке значения порогу d,, нижче якого знанаходяться, з помилкою, меншою н1ж е, ус! внутр1шньокла-сов1 В1дстан1:

D1 пу-—.

d.= - /-1Пе, (1)

1 Г(т+1/т)

де D, - середне значения внутр!шньокласово1 в1дстан1; ш - м1рн1сть простору ознак; е - допустима ймов!рн1сть помилки класиф1кац11; Г(га+1/т) - гама-функц1я.

В раз1 використання ознаки Аругого типу маемо 1нше значения порогу:

Da тг--.

d = - /-1п(1-с), (2)

^ Г(ш+1 /ш)

де D2 - середне значения м1ккласово! в1дстан1.

За допомогою прдцедури 1ерарх1чного групування та порогу d1 у в1„лов1.;ност1 до формул.. (I) або (2), отриманих по МТС, розробле-нс алгоритм автоматично1 класкф!кац11 зг1дно з наступною схемою:

1 - По виб1рц1 початкових данях.. п1сля 1х нормування будуеться матрица вэаемних в1дстаней.

2.На ochobI ulel матриШ обчислюеться зм1шаний масив в1дстаней для кокно! точки до найбликчо! сус1дньо1.

3.Розглядаючи цей масив як масив м1ккласових в1дстаней, обчислюеться значения порогу d зПдно з (I) або (2).

4.По матриц1 взаемних в1дстаней в1дшукуеться пара точок, в1д-стань м1х якими е м!н!мально.ю. Якщо ця в1дстанъ мента н!ж noplr, то дв1 'точки зам1шж>ться одн!ею 1 проводиться корекц1я матриц1 взаемзих в1дстаней.-часла клас1в ! середнього значения внутр1шньо-. Косово! в'дстак!.

5.Якщо в1деталь м1я знайпеною парой наЯбякжчях тонок б 1льва н1к noplr'd,, то перегляд зак1нчуеться, у протилекк'.-му вкладку по-вертаемось до пункту 2.

б.Залкшеп'' точки прийкаемо за це-нтри кла.-;1ь. Ус! точки вкб1р-ки рознод1ляються по класах у в!,ыюв1дност1 до величина 1х в1дста-н1 до центру в1дпов1дного класу.

Роэглянутий алгоритм кл;>сиФ!кацП реал1зовано у прэграм! ТАХОН на мов1 Паскаль для ПЕОМ IEM PC XT/AT. Ця програма забезпечуе в режим 1 д!алогу можлкв!сть проводити класиф!кац1» зг!дно з принятою моделлю класу та обирати тип вир1шувального правила: байесов-ське, на ochobI критер1ю Неймана - П1рсона, за методом граничних спрощенъ або м1н1максне.

Побудова модел! техно г.ог1 много процесу пов'язана з обробкою да них, що характеризуют цеЯ процес, як! завжди можка подати у вигляд1 набору вектор 1в в ш-м!рному простор!. Рсзв'язування задач1 резд1лення початково! виб!рки цих вектор1в на групп, склад 1 к1ль-к1сть котрих anplopl не задан1, зд1йснветься методами самонавчакня за алгоритмам, побудованими на ochobI методу зм!шаних розиод1-л!в. Ним же методом розв'нзуеться задача в1дновлення кепарамет-рично! perpecll для функцИ, структура яко! заздалег1дь нев!дома.

Програма автоматичноI класиф!кац!1, розроблена зг1дно з методом зм1шаних розподШв, написана на мов1 програмування Паскаль, займае 5 Кбайт пам'ят! та м1стить, кр!м осковно! программ, п!дпро-грами обчислення розмаху функцП вклад1в, обчислення град1енту Фун-кип сум1ш1 та кормування ознак (для вар1анту автоматичноI класиф1-кацП об'ект1в з використаням м1ри близькост1 у форм1 в!дстан!).

Алгоритм побудови непараметрично! perpecll за методом нор-мальних вклад!в реал!зовано у програм! REGRES, написамй на мов1 програмування Паскаль для IBM PC XT/AT, та вжористано у дан!й робот! для побудови моделей контролю зневуглецювання та температуря розплаву в автоматизован!й систем1 керуванкя конверторной плавкою.

В._глав1 3 описано використання методу граничних спрощенъ (МТС) для побудови математичних моделей конверторно1 плавки.

Статистичн1 регрес!йн! методи в1дновлення залежностей, розгля-нут1 в глав 1 2, використовують ' л1н!й.че наб.тження ФуккиП, то эначно скорочуе область значень вх!дних зм1нних, у котр!Я це наблюдения забезпечуе необх1дну точн1сть. 'Для в!длсЕленля нел!к!йно! футш1онально1 залешост1 заяропоновано ьикористати МТС при умов! 1скування plBHOMlpHo: зб!жнсст! емп!ричного ризику. Пей м*тод до-

зволяе вказати при заданШ довкин1 навчаючо! посл1довност1 структуру вШюшшючого пол 1 ному та гарантувати верхшо межу середньо-квадратично! похибки 1з задано» ймов1рностю е та заданою над!йн1с-тю (1-т)), де г) - Яшв1рн1сть перевгацення е.

При побудов1 математично! модел1 процесу киснево-конверторно! плавки як в1дновлжючу функц1ю пропонуеться використати пол 1 ном на-ступного вигляду:

С2 С3

Ш Ш 171

У<х, ,хг......Xm >=ao+KXi+KjXlXSbuAW-• - + - • • ■ t3)

1=1 i,J=1,m i,3,k=1.m

Функц1ональна залежн1сть y(x1tx2,...,xra) повинна бути в1днов-лена за виб1ркою дагшх обмеженого обсягу. Ось чому безпосередне використагая розкладу ФункцП у степеневий ряд (3) е практично не-прийнятним. Необх1дно вид1лити з цього ряду т1льки найб1льш 1стот-н! для дано1 залежност1 члени, тобто вказати структуру пол1ному.

Задача в1дновлення функцИ за виб1ркою може бути зведена до задач 1 навчання розп1знаванню образ1в, якщо впровадити величину допустимого в1дхилення е:

шах |у - F(Х.а) | < 21 (4)

та на Шй ochobI сформувати два класи - V 1 V£ шляхом введения до розгляду двох функцШ:

У„, = У v2 = V1 (5)

при ф1ксованих значениях вектора X.

Тод1 навчаюча виб1рха зб1льниться вдв1ч1 та розд1литься на дв1 п1дмнокини ЗГ, и?г,,одназ яких м1стить елементи (Xv, yv1), а дрка - елементи <Xv, yv2). Шдмножини и 1г можна розглядати як обраэи V11 Чг, а для под1лу ви01рки на образи можуть бути викорис-тан1 методи навчання. Внасл1док цього буде отримана така розд1ля-юча фушщ1я у=F(X,а),що гарантуе виконання (4) для yclel навчаючо! виб1рки з частотою, яка дор1внюе частот1 в1рного розп1знавання об-раз1в У(и V2. Причому для под!лу виб1рки може бути використаний' Судь-який метод навчання розп1знаванню образ1в. При використанн1 у процес! навчання буде синтезовано такий прост!р нових ознак, у котрому образи V, и Vg будуть безпомилково розд1лен1 л1н1йною ФушиЦсю. "Год! 1 вШовлювана функц1я y=F(X, а) у. синтезованому епрдмнсму npocxopl комб1нованих координат також буде л1н1Яно», *оча .у щонагковому простор1 вона може бути Ictp.tho дблШЯною, Це поясшсзтьсп тим, до координатами сщзямног.о яросуору можуть вия-

витися дов1льн1 члени пая 1 ному (3). Так1 функцП прийнято назквати л1н1йшми за параметрами. У раз1 безпомилкового под1лу навчаючо! посл1довност1 на множили Y1 та в жоднШ точц1 ще1 послЦов-ност! не Суде порушено нзр1вн1сть (4). Якщо для синтезу простору

використати не б1льш як m зм1нних х±(1=1.....т) та 1х ксмб1иац11

по дв1, по три 1 т.д.,то к1нець к1нцем може бути побудований пол1-1юм вигляду (3). Цей пол 1 ном е л1н1йним у спрямному простор1 1 floro координатами можуть бути як початков1 зм1нн1, так 1 члени вигляду:

Xij = = ..... xíj...i= (б)

Теор1я методу граничних спроиень вказуе на те, що до складу сконструйовано! складно1 ознаки буде введено обмеиену к1льк1сть перв1сних властивостей х1 (не б!льш трьох). 1накше як1сть роз-п1знавання нових об'ект1в, а в нашому випадку - точн1сть апрок-сюлацП на нових точках, р1зко падатиме.

Для оц1нки гранично-допустимоI к1лькост! складних ознан, тобто к1лькост1 член1в степеневого ряду вигляду (3), при я.с!й помилка в!дновлювання функц11 по виб!рц! довжинсю 1 ? ймов1рн1ст», не ник-че (1-^),не перевипуватиме е, використовуеться наступна залежн1сть: е-1+1Пт}-1п(1)-1

ln(n)+ln(l)+ln4 ' (7)

У випадку неперервних аргутлент1в xi при вШювленн! ФункцП у=Р(х) меже бути використана a-процедура, яка е р1зновздом МТС та використовуеться для синтезу неперервних простор!в.

Для вибору член1в пол1ному (3) як складне! ознаки складена програма PEREBOR. Складна ознака набираеться у вигляд1 добутку по-чаткових параметра 1з дов1лышми степенями. Як було показано ви-ще, для формування складно1 ознаки не?лае потреби використовувати б1лыае трьох параметр1в. Показник степен1 для кожного параметру вкбираеться з наступного д1апазону значень:

[-3. -2, -1, -1/2, 0, 1/2, 1, 2. 33.

Виб1р величини зм1щення м1ж класами е Ictotho впливае ла ре-зультати вибору ознаки. Може бути обчислено значения £о, що м1-н1м1зуе величину емп1ричного ризику. При зм1н1 i у д1апазот 0.01 < t < £0 результати вибору за критер1ем похибки класиф!кац11 1 кореляц1йним критер1ем зб1гаються. 3 метою скорочення часу об-числень був використаний кореляц!йний критерШ.

Програма PEREE0R була використана при в1дновленн1 залежност1 концентрацИ вуглецю в чавун1 в!д х!м1чного складу та температури чавуну, при в1дновленн1 залежност1 концентрацИ вуглецю та температуря стал! в!д параметра плавки. Uq програма написана на мое! програмування Паскаль для роботи на ПЕОМ типу IBM PC/AT.

У глав! 4 розглянут! питания контролю зневуглецювання кон-верторно1 вашш з метою створення в1дгов1дких математичних моделей для використання в систем1 керування конверторном плавкою.

Визначено, цо оснознш фактором процесу зневуглецювання е к1льк1сть кисню, витражного на продувку, а початкову концентратю ву1лецю у кошерторн1й ванн!, з певними припуЩеннями, можна при-р!вняти до концентрацИ вуглецю в чавун1.

Розглянуто також пич'агаи вид!лення основних технолог1чних nepl-од!в продувки на основ! вдаористання даних вим1рювань температури В1дх1дних газ1в та акустично! характеристики продувки.

Зважаючи на складн1стъ процес1в, що в1дбуваються у конвертор-н1й ванн1, коректування швидкост1 вигорання вуглецю запропоновано проводити з використанням даних про температуру в1дх!дних газ1в.

Це дозволило отримати залежност) для визначення к!лькост1 вуплецю в основний та заюшчний пер1оди продувки. Для о держания цих залекностей були використан! також дан1 по газовому анал!зу системи ФТ1АН-3..

При оц1нц! к1лькост1 вуглецю в чавун1 (Споц) були використан1 методи автоматично! класиф1кац11, розглянут1 в глав1 2.

Була одержана також оц1нка к!лькост1 вуглецю в чавун1 та стал1 за допомогою алгоритму формування складноI ознаки, викладеного в трет1й глав 1. OchobhI результата подан1 наступними формулами:

8.945-Ю"5

Счав = 4.362 + to4.Sll,.S4 : I - 0.027; (8)

2.12-10~6-T4-SK Сет = 0.091 - -jjyg—-; I = 0.00026. (9)

Тут Мпч, Б1ч и Бч - к!льк1сть марганцю, кремнИо та с1рки в ча-вун1: Тч - його температура; SK - сумарн! витрати кисню; Hi г - высота Фурми на 12-й ХВИЛЛН1 продувкл.

Як1сну оц1нку отриманим залежностям (величина I) можна дати за допомогою середньоквадратичного критер!» ьигляду

I = <У±- V2.

1=1

(10)

де -фактичне значения параметру за даними перев1р"Чно! виб1рки;

У1- його оц1нка за отриманими залекностями.

Глава 5 присвячена питания контролю температури розплаву ван-ни в систем1 керування конверторною плавкою.

Розглянуто температурний режим конверторно! вашш та визначен1 основн1 фактори, як1 впливають на нього. Приведено дан1 по тепло-втратах конвертора та 1х впливу на температуру металу.

Отримано ряд оц!нок температури металу, поданих р!вняннями л1-н1йно1 та непараметрично1 регресИ.

Була також зд1йснена спроба оц1нити температуру розплаву, використовуючи дан1 непрямих вим1рювань, зокрема температуру в1д-х1дних газ1в.

Внасл1док чого була отримана сл!дуюча залежн1сть для визначен-ня умовно1 температури запалювання плавки:

Тз.у. = 5.44ТС.ч + 1 .052Тч-0.ОЗИКз.у .+■171 .528HF3.it. (11)

де Сч - вага чавуну на плавку..

Витрата кисню та положения фурми, що ув1йшш у формулу (II), обчислюються в момеьт досягнення коеф1ц1ент,м зростання (спаду) температури Кт свого м1н!мального значения. Цей коефЩ1ент е в!д-ношенням сумарно! витрати кисню до темп"ратур,4 в1дх1дних газ1в у даний момент часу (для заключного пер1оду продувки використовуеть-ся значения температури т1льки у критичн1й точц!).

У результат 1 проведених досл1джень була отримана сл1дуюча формула для визначення температури ' розплаву конверторно! ванни:

Значения критер1ю (10) на перев!рочн1й виб1рц1 склало 822.

Перевагою запропонованого методу контролю температури розплаву е можлив1сть отримання 1нформац11 про температуру з урахуванням особливостей кожно! конкретно! плавки, тобто: к1лькост! та якост1 шихтових матер1ал1в, швидкост1 плавления брухту 1 т.д.

Через те, що виникае ряд труднощ1в при впровадженн1 отримано! залежност1 як робочо! модел1 контролю температури розплаву, було запропоновано використати метод граничних спрощень для пошуку но-вих, б!льш 1нформативних ознак.

Тз.у.

(12)

Тпот =

[I - (КТэ.у.)/(КТпот)?'

-12В результат 1 роботи програми РЕМИЗОЙ було сформовано сл1дуючу складиу ознаку: '

г = вч-БК-Тч. (13)

Оа даними обраного масиву з викошстанням отримано1 ознаки тю-будовано наступив р1вняння л1н1йно1 регресИ:

Т = 1384.47 + О.ОЗв-Сч-БК-Тч. (14)

Значения критерИо (10), обчислэного на 37 плавках перев!роч-ио1 виб1рки, склало 529.8. .

Особливий 1нтерес викликають експериментальн1 дан1 масиву плавок, що м1стять динамИиу 1нформац1ю про кояверторну плавку. 3 ц1-ею метою з усього масиву даннх була вибрана 1нформац1я в1дносно дуттьового режиму плавки.

За результатами робота програми було сформовано складну ознаку наступного вигляду:

хпр'РК12

г = —р.,- . П5:)

Тут гпр - час продувки; РК12 и И)г - тиск кисню та висота ккс-нево1 фур™ на 12-й хвилин1 продувки.

Р1вняшгя лШ1йно1 регресП мае такий вигляд:

0.284^пр'РК1Н Т = 1576.52 + -ш- . (16)

Значения середньоквадратаьного кригер1ю, обчисленого на 27 шавках перев1рочно1 виб1рки, склало 261.3.

Глава 6 включае в себе питания реал1зац11 розроблених метод1в прогнозу у систем1 керування конверторною плавкою.

Описан1 основн1 блоки алгоритм1чного забезпечення системи, физначетт1 для вводу та обробки 1нформац11, вид1лення осковних те-хнолоПчних пер1од!в продувки по нелрямих вим1рюваннях, прогнозу зневуглецювання 1 температур;: розплаву та для видач1 технолог1ч-но! 1нформац11 користувачу.

Розробка програмного забезпечення зд1йснювалась у дек1лька етап!в. Результатом ц!е1 роботи було створення робочих програм збору та обробки 1нформац1! про технолог1чний процес, тестового програмного забезпечення для перев1рки отриманих математичних моделей, а також робочих програм системи керування конверторною плавкою.

Для реализац11 одержаних програм було використано персональну ЕОМ тшу 1ВМ РС/АТ з операц1Еною системою ООБ 4.01. Використання

персоналыю1 ЕОМ та спец1алъио розроблепих гасоб1в вводу-виводу 1кформац11 1стотно Шдвиаило над1йн1стъ системи та полНшило 1! техи!чи1 характзристшш.

Впровадження розроблешгх ал~оритм1в керуБаннч конверторной плавкою зд1йснввалось у рамках гауково-техн1чно1 прогрг.мп "Створили системи контролю та алал!зу параметра технолог !чного про-цесу конверторно! плавки з використапням м1кропроцесорно! техн!-ки".

Приведено конкретн1 дан1 за результатам! роботи системи. Проведен! випробування зиявили вксоку над1йн1сть системи. а такса мо;шго1сть оптимального керування дуттьовим, шлаковш та температурили режимами шавки.

У додатку приведет дан1 про роботу программ'автоматично! кла-сиф1кац11, а також документи, но п1дтвердаують впровадшшя результат 1в проведених досл!джель у народне господарство.

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТ!!

1 .Залропоновано та досл1джно новий п!дх1д до проблем:! побудо-ви математично! модел1 технолог1чного процесу, засновзннй на по-д1л1 простору параметра на окрем! класи та побудов1 в коптому клас1 свое! математично! модел!.

2.Доол1джен1 непрям1 параметри конверторного процесу з метою вшПлення основних технолоИчних пер1од!в продувки та для побу-дови прогнозу. 3 усього р1зноман1ття непрямих параметр1в обрано, як найб1льш прийнятн1, температуру в!дх!дних газ!в та акустичну характеристику продувки. Запропоновано та вищъбувано граф1чннй та чисельний методи вид1лення пе,Лод1в продувки.

3.Розглянут1 р!зн1 п1дходи до побудови регрес1йних моделей для оц1 шот'параметр1в стану в кожному технолог1чному иер1од1 продувки конверторно1 плавки. Досл!джена можлив1сть побудови математичних моделей керування окремими пер1одами плавки за методом граничних спрощень.

4.Досл1джен! та випробуван1 модел1 прогнозу к!лькост1 ьуглешо та росту температури розплаву за параметрами в!дх1дних газ1в.

5.Розроблен! модел1 прогнозу перев1рен1 з вккористанням тестового программного забезпечення на маскв! контрольних плавок. Виз-начена доц!льн1сть 1х застосування для контролю зневуглецювання та температури розплаву в систем! керування конверторною плавкою.

-н-

б.Запропонована методолог 1 я контролю та керування режимними параметрами конверторно! плавки через прогноз основних технолог1ч-них ситуаций та параметр1в, РозроОлена структурна схема системи керування конверторной плавкою.

7.Розроблено та реал1зовано на баз1 м1кропроцесорно1 техн1ки АСК ТП конверторно! шавки ККЦ меткомб!нату "Азовсталь" склад та структуру пакету прикладних програмних модул1в для 1нформац1йного забезпечення синтезовано! за результатами проведених досл1джень системи керування конверторною плавкою.

в.Отримано практично п1дтвердження ефектизност1 розроблених ал!'оритм1в системи керування конверторного плавкою у вигляд) зб1ль-шення к1лькост1 плавок з nepmol повалки, по.п1пшення контролю режиму шлакоутворювання, а також змэниення втрат в1д перепризначення в 1ш1 марки стал1.

Основн) положения дисертацП викладен! у наступних роботах:

1.Коваль П., MlCKi-Оглу 0. Автоматична класиф1кац1я в АСУ ТП на приклад1 системи керування конвертерное плавкою //Перша Всеукра1н-ска конференЩя "Образ-92".. - Ки1в, 1н-т к1бернетики 1м.В.М.Глуа~ кова АБУ, 1992. - С.218-219.

2.Коваль П.Н.. Миски-Оглу А.Г. Кусочная аппроксимация математической модели технологического процесса на основе автоматической классификации //Самоорганизация в технических системах. - Киев: Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова АН УССР. 1991. - С.34-37.

3.К вопросу об обеспечении технологического процесса рекомендациям/! по автоматкзиров--.шому управлению его ходом / В.В.Коновален-ко, П.Н.Ьоваль, И.Ю.Мельник, В.В.Басманова, А.Г.Миски-Оглу // Управление в технических системах. - Киев: Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова АН УССР,1990. - С.63-68.

4.Коноваленко В.В., Миски-Оглу А.Г. Автоматическая классификация с различными мерами близости но методу смешанных распределений. // Кибернетика и вычисл. техника. - 1992. - Вып.96. - С.62-66.

б.Коноваленко В.В., Миски-Оглу А.Г. Метод группировки исходных данных и формирования сокращенного набора признаков з задаче распознавания образов //Тез. докл. IV Всесоюз. конф. "Математические методы распознавания образов". - Рига, 198?.-С.74-76.

б.Коноваленко В.В., Миски-Оглу А.Г. Непараметрические оценки ре-грессиошгах зависимостей на ксн&чных выборках //Кибернетика и вы-

числ. теишка. - 1993.- Вып.97. - С.60-64.

7,Миски-0глу А.Г. Автоматическая классификация и оценивание регрессионных зависимостей в задаче управления конверт^ной плавкой стали // Кибернетические системы управления сложными объектами. -Киев: Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины, 1993. -

С.60-65.

8.Миски-0глу А.Г. АСУ конвертерной плавкой с использованием косвенных параметров //Тез. докл. регион, науч.-техн. конф. — Мариуполь, 1993. - С.25-26.

9.06 оценке содержания углерода в чугуне / А.Г.Миски-Оглу, В.В.Коноваленко, В.Н.Старосек, П.М.Семенченко //Систем управления техническими средствами.- Киев; Ин-т кибернетики им.В.М.Глушкова АН Украины, 1992. -С.32-35.

Ю.Миски-Оглу А.Г., Семенченко П.М. К вопросу контроля обезуглероживать конвертерной ваннг // Тез. докл. регион, науч.-техн. конф. - Мариуполь, 1992. - С.30.

Щда. до друку. 19.01.94. Формат 60x84/16. Пап1р друк. й 2. Офс.друк. Ум.друк.врк. 0,93. Ум.фарбо-в1дб. 1,05. Обл.впд.арх. 1,0

Тираж 100 прим. Зам. № 81.____

РедакцШнс-вэдавничий в!дц1л з пол1граф1чиою дЬяьницаю 1исгитуту кибернетики 1мон1 В.М.Гдуккова АН Укра1ни 252207 Ки1в 207, проспект Академ1ка Глушкова, 40