D0I:10.13374/i.issn1001053x.1999.06.024 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol.21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee.1999 连铸机结晶器液面状态识别及 遗传模糊控制方法 郑德玲 赵星浩 曾永生 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要在连铸生产过程，结晶器液位易受许多复杂和不确定因素影响，难以控制.为此提出一种 新的变结构模糊控制器.在这个控制器中，采用一种基于改进的聚类算法的双层ISODATA算法的 状态识别方法；并且在控制器中用遗传算法优化模糊规则的条数和内容及隶属函数，使推理速度和 控制系统的鲁棒性大大改善，仿真结果令人满意， 关键词状态识别：遗传算法：模糊控制：连铸生产 分类号TP181 1状态识别 数是0.941.因而必须去掉结晶器振动频率和冷 水出入温差这2个特征.但从连续性和时变性极 为了减低控制的复杂性、缩短搜索时间和提 强的连铸生产过程来看有些参数还必须考虑.另 高速度，利用状态识别方法对钢水液面状态进行 外加进结晶器液位变化和拉坯速度变化，共7个 识别归类. 特征作状态识别的特征集 11数据预处理 13聚类分析方法 利用极差标准法对现场获得的数据进行预 聚类分析的任务是产生分类中心.该方法采 处理.一批样本中每个特征最大值和最小值之差 ISODATA(Iterative Self-organizing Data Analy- 称为这个特征的极差，即 sis Techniques Algorithm)方法.它是一种动态聚 R=maxxy-minx1.2.nj=1.2,n (1) 类方法，但需进行了如下修改。 利用极差可以把原始资料标准化，变换后的 (I)初始凝聚点的选择.由于ISODATA方法 特征为： 具有很强的调整能力，因此，对初始凝聚点的选 x,=(xi-minx)/R,i=1,2,…n,j=1,2,…,n(2) 择不必过分精确，只要使各点距离不太大就可 经过极差标准化后，样本中的每个特征都将 以. 在0到1之间. ①CLASS方案，设全体样品点的均值为X= 1.2特征提取和特征选择 (x2,…)而特征x的均方差为S,i=1,2,,n.则 通过分析和根据有关专家知识，从连铸工艺 取以下各点为初始凝聚点： 中提取与识别有关的因素，如：大包钢水量、中包 X=(民12，…x),(民+S1x+S2,"元+Sn), 钢水量、塞棒开度、结晶器实际液位、拉坯速度、 (-S1x2+S2,…x+S),(民+S12-S2,…, 结晶器振荡频率和结晶器冷却水出入温差等7个 xn+Sn)I,…,1-S1,2-S2,…x+Sn),…, 特征，这些特征虽然都能反映所需的信息，但很 (1-Sx3-S,…xn-Sn). 可能是相似的信息，为此，利用各特征间的相关 总点数为2+1. 系数矩阵，排除相关程度过高的特征，如：结晶器 ②ASP方案.当特征数较大时，由上一方案 振动频率与冷却水出入温差之间的相关系数是 得到的初始凝聚点数太多。为避免这一情况的出 0.94,结晶器振荡频率与拉坯速度之间的相关系 现，可以改用以下的凝聚点： X=-(民1x,…不)，…X=(1,x±S,…元)，l,2,…,n 1999-04-12收稿郑德玲女，59岁，教授 *国家自然科学基金资助项目(No.69772014) 总点数为2+1.第 卷 第 期 一 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 、勺 一 ， 连铸机结 晶器液面状态识别及 遗传模糊控制方法 郑德玲 赵星浩 曾永生 北京科技大学信息工程学院 ， 北京 摘 要 在连铸生产过程 ， 结晶器液位易受许多复杂和不确定因素影响 ， 难以控制 为此提出一种 新的变结构模糊控制器 在这个控制器 中 ， 采用 一种基于改进的聚类算法的双层 ’ 算法的 状态识别方法 并且在控制器中用遗传算法优化模糊规则的条数和 内容及隶属函数 ， 使推理速度和 控制系统 的鲁棒性大大改善 仿真结果令人满意 关键词 状态识别 遗传算法 模糊控制 连铸生产 分类号 状态识别 为 了减低控制 的复杂性 、 缩短搜索时间和提 高速度 ， 利用状态识别方法对钢水液面状态进行 识别归类 数据预处理川 利 用 极 差 标准法 对现场 获得 的数据进行预 处理 一批样本 中每个特征最大值和 最 小值之差 称为这个特征 的极差 ， 即 ， 厂 ‘， ， ，… ， ， ， ，… ， 习‘ 月 匀 ‘ 利用极差可 以把原始资料标准化 ， 变换后 的 特征 为 ， ，一 ， ，， ， ，… ， ， ，… ， 匀 ‘ 经过极差标准化后 ， 样本 中的每个特征都将 在 到 之 间 特征提取和特征选择 通过分析和 根据有关专家知识 ， 从连铸工艺 中提取与识别 有关 的因素 ， 如 大包钢 水量 、 中包 钢水量 、 塞棒开度 、 结 晶器实际液位 、 拉坯速度 、 结晶器振荡频率和结晶器冷却水 出入温差等 个 特征 这些特征虽然都能反 映所需 的信息 ， 但很 可 能是相似的信息 为此 ， 利用各特征 间 的相关 系数矩阵 ， 排 除相 关程度过高的特征 如 结 晶器 振动频率与冷 却水 出入温差 之 间 的相 关系 数 是 ， 结晶器振荡频率与拉坯速度之 间 的相 关系 一 一 收稿 郑德玲 女 ， 岁 ，教授 国家 自然科学基金资助项 目 数是 因而 必 须去掉结晶器振动频率和冷 水出入温差这 个特征 但从连续性和 时变性极 强的连铸生产过程来看有些参数还必须考虑 另 外加进结晶器液位变化和 拉坯速度变化 ， 共 个 特征作状态识别的特征集 聚类分析方法 聚类分析的任务是产生分类中心 该方法采 用 加 方法 它是一种动态聚 类方法 ， 但需进行 了如下修改 初始凝聚点的选择 由于 ’ 方法 具有很强 的调整能力 ， 因此 ， 对初始凝聚点的选 择不 必 过分精确 ， 只 要使各点距 离不太大就可 以 ① 方案 设全体样品点的均值为见 收风 ，二 ，瓦丫而特征 的均方差为昌 ， ， ，… ， 则 取 以下各点为初始凝聚点 见 收 ，又 ，… ，瓦，执 风 又 ，… 风十凡只 收 一 ，，又 及 ，… ，瓦 民，收 一 凡 ，… ， 又 。 凡 ，… ，收 一 一 凡 ，… 。 ，… ， 收 一 ，无 一 及 ，… ，虱一 民 总点数为 ② 方案 当特征数较大时 ， 由上一方 案 得到 的初始凝聚 点数太 多 为避免这 一情况 的 出 现 ， 可 以改用 以下 的凝聚 点 见 行 ，又 ， … ，瓦 丁， … 叉 你 ，又 ，… ，又声凡 ，… ，瓦 ， 卜 ， ，… ， 总点数为 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．06．024