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基于进化计算的轧制生产过程操作优化算法与系统开发

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摘要

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 轧制生产过程操作优化的进展

1.3 差分进化算法

1.3.1 DE算法背景介绍

1.3.2 DE算法的应用以及研究现状

1.4 粒子群算法

1.4.1 PSO算法背景介绍

1.4.2 PSO算法的应用和研究现状

1.5 本文研究内容及章节安排

第二章 热轧生产过程操作优化模型

2.1 热轧精轧机组工艺流程介绍

2.2 热轧生产过程主要参数计算

2.2.1 轧制力模型

2.2.2 温度模型

2.2.3 速度设定模型

2.2.4 板型模型

2.3 热轧生产过程操作优化模型

2.3.1 目标函数

2.3.2 约束条件

2.3.3 优化模型

2.4 本章小结

第三章 基于对位学习的差分进化算法

3.1 标准差分进化算法

3.1.1 差分进化算法提出的背景和特点

3.1.2 差分进化算法的主要构成要素及基本操作

3.1.3 差分进化算法参数分析与操作

3.1.4 标准差分进化算法的步骤

3.1.5 差分进化算法的一些扩展应用模式

3.1.6 标准DE算法的优缺点分析

3.2 基于对位学习的差分进化算法

3.2.1 对位学习方法

3.2.2 对位学习差分进化算法

3.2.3 对位学习差分进化算法流程

3.2.4 算法性能测试

3.2.5 热轧生产过程操作优化计算

3.2.6 本章小结

第四章 冷轧生产过程操作优化模型

4.1 冷轧连轧机组工艺流程介绍

4.2 冷轧生产过程主要参数计算

4.2.1 轧制力模型

4.2.2 张力制度

4.2.3 变形抗力制度

4.2.4 前滑值的计算

4.2.5 速度制度

4.2.6 轧制力矩和轧制功率

4.3 冷轧生产过程操作优化模型

4.3.1 目标函数的建立

4.3.2 约束条件的制定

4.3.3 优化模型

4.4 本章小结

第五章 基于种群分类操作的粒子群算法

5.1 标准PSO算法介绍

5.1.1 PSO算法提出的背景和特点

5.1.2 粒子群算法的基本思想

5.1.3 PSO算法的参数设置

5.1.4 标准PSO算法的步骤流程

5.1.5 标准PSO算法优缺点分析

5.2 基于种群分类操作的粒子群算法

5.2.1 基于种群分类操作的PSO算法

5.2.2 基于种群分类操作的粒子群算法步骤流程

5.2.3 算法性能测试

5.2.4 冷轧生产过程操作优化计算

5.2.5 本章小结

第六章 连轧生产过程操作优化系统开发

6.1 系统运行原理

6.2 热轧生产过程操作优化

6.2.1 生产信息录入界面

6.2.2 操作优化界面

6.3 冷轧生产过程操作优化

6.3.1 生产信息录入界面

6.3.2 操作优化界面

第七章 总结与展望

参考文献

致谢

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摘要

生产过程操作优化介于流程工业企业综合自动化系统的生产调度层和过程控制层之间,它按照生产调度层所确定的生产任务,根据机组的生产过程约束和目标,合理确定生产过程中各操作变量(如轧制力、温度等)的最优取值,从而为过程控制设定目标。由于各操作变量的取值直接决定了产品的质量和机组能耗,因此该问题在流程工业企业中具有十分重要的地位。
  本文以钢铁工业中热轧和冷轧生产过程为背景,研究其生产过程操作优化问题的建模与求解算法,并基于所建立的模型和算法,开发相应的操作优化系统。具体的研究内容包括:
  (1)针对热轧和冷轧操作优化问题的建模,参考经典机理模型,确定各工艺参数。根据实际生产的需要,分别建立了带钢凸度最小化为目的热轧生产操作优化模型和以机组能耗最小为目的冷轧操作优化模型;
  (2)针对热轧生产操作优化问题,通过引入对位学习思想,提出了基于对位学习的差分进化算法(differential evolution,DE),通过对比实际生产数据,证明了算法的有效性;
  (3)针对冷轧生产操作优化问题,将聚类思想引入进来,提出了基于种群分类操作的粒子群算法(Particle swarm optimization,PSO),基于标准测试函数以及实际生产数据进行了算法测试,实验结果证明了算法的有效性和实用性;
  (4)基于所建立的模型和提出的优化算法,开发了热轧和冷轧生产过程的操作优化系统,并利用实际生产数据验证了模型和算法的有效性。

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