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基于GA-BP神经网络模式识别的连铸机漏钢预报模型研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外相关研究概况及发展趋势

1.2.1 基于热电偶测温的预报方法

1.2.2 基于坯壳与结晶器铜板之间摩擦力监测的预报方法

1.2.3 基于结晶器热流分析的方法

1.2.4 基于振动波形分析的方法

1.2.5 基于超声波探测的方法

1.3 本课题研究的问题

2 粘结漏钢的形成机理及漏钢预报模型的建立

2.1 粘结漏钢的形成机理

2.1.1 粘结漏钢形成过程

2.1.2 粘结断裂口传播情况的分析

2.2 神经网络粘结漏钢预报模型的建立

2.2.1 时序网络模型结构

2.2.2 空间网络模型结构

3 BP神经网络及遗传算法

3.1 BP神经网络

3.2 遗传算法

3.2.1 遗传算法及遗传算法的原理

3.2.2 遗传算法设计

3.3 基于遗传算法的BP神经网络

4 GA-BP神经网络在漏钢预报模型中的应用

4.1 GA-BP神经网络的模型确定

4.1.1 建立BP神经网络

4.1.2 种群初始化

4.1.3 适应度函数

4.1.4 选择操作

4.1.5 交叉操作

4.1.6 变异操作

4.2 GA-BP神经网络的参数确定

4.3 GA-BP神经网络模式识别的预报模型设计

4.3.1 单偶时序网络预报模型

4.3.2 组偶空间网络模型部分

结论

参考文献

附录

致谢

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摘要

连铸是现代炼钢企业铸造钢坯最主要的方法,它具有简化生产工序、钢水利用率高、耗能低、钢坯质量好、改善劳动条件、生产过程机械化和自动化程度高等优点。连铸技术的应用彻底改变了铸造车间的生产工艺流程、人员分配和物流控制,为钢铁生产的自动化和信息化技术的应用,从而大幅改善环境和提高产品质量提供了有力的物质条件保障。
  漏钢是连铸过程中极具危害性的重大生产事故,为避免连铸漏钢事故的发生,国际上通常从两个方向上着手研究解决,一方面是改善连铸设备和工艺条件,从漏钢形成的机理上杜绝事故的发生;另一方面是及时检测识别出漏钢的特征,采取减速拉坯等有效措施避免漏钢。本文对粘结漏钢的形成机理,漏钢模式识别原理进行了分析,理解温度的动态传递是漏钢过程的物理特性的基本映射。把热电偶的动态数据转化为静态数据,组合空间网络结构以便于区域判别法的实现。在此基础上寻求一种有效的基于GA-BP神经网络模式识别的连铸机漏钢预报模型。
  本文对结晶器粘结漏钢时热电偶温度的变化进行了分析,将热电偶的温度随时间变化规律作为模式识别的特征,从而进行是否漏钢的判定。本模型既建立了单个电偶的单偶时序网络,又建立了多个电偶的组偶空间网络,在组偶空间模型的建立中,区别之前的“l”字型二电偶空间网络结构和“⊥”字型的四电偶空间网络结构,建立了“T”字型的四电偶空间网络结构,并对两种四电偶空间网络结构进行了比对,因而连铸机漏钢模式的识别将更准确、更及时。
  本文对BP神经网络和遗传算法进行了探讨,将遗传算法与BP神经网络结合,利用遗传算法对BP神经网络的初始权值进行全局最优搜索,其中使用了利用导数修正种群中个体数的参数,从而改善了遗传算法局部搜索能力不强的缺点,加速了遗传算法的收敛速度,搜索到条件最优解后,将最优解赋予BP网络进行精确求解。这样既避免了局部极小的问题,又达到了快速高效和全局寻优的目的,使训练结果得到极大的改善。BP神经网络以最速下降法为学习准则,以误差反向传播算法进行连接权值的调整,将大量训练样本数据输入到神经网络中,得到最优的权值解,进而获得相对较优的连铸机漏钢预报模型神经网络。
  利用Visual Studio2010集成开发环境,用C++语言完成程序的开发和界面设计,界面部分采用MFC设计完成。在软件开发中使用了具有跨语言、跨平台的专业图形程序接口功能的OpenGL完成热电偶波形的显示。训练并离线测试了单偶时序网络和组偶空间网络预报模型,测试结果表明,基于GA-BP神经网络模式识别的连铸机漏钢预报模型具有很好的非线性映射精度和分类识别能力。

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