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    基于IPSO-RELM轉爐冶煉終點錳含量預測模型

    張壯 曹玲玲 林文輝 孫建坤 馮小明 劉青

    張壯, 曹玲玲, 林文輝, 孫建坤, 馮小明, 劉青. 基于IPSO-RELM轉爐冶煉終點錳含量預測模型[J]. 工程科學學報, 2019, 41(8): 1052-1060. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.011
    引用本文: 張壯, 曹玲玲, 林文輝, 孫建坤, 馮小明, 劉青. 基于IPSO-RELM轉爐冶煉終點錳含量預測模型[J]. 工程科學學報, 2019, 41(8): 1052-1060. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.011
    ZHANG Zhuang, CAO Ling-ling, LIN Wen-hui, SUN Jian-kun, FENG Xiao-ming, LIU Qing. Improved prediction model for BOF end-point manganese content based on IPSO-RELM method[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(8): 1052-1060. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.011
    Citation: ZHANG Zhuang, CAO Ling-ling, LIN Wen-hui, SUN Jian-kun, FENG Xiao-ming, LIU Qing. Improved prediction model for BOF end-point manganese content based on IPSO-RELM method[J]. Chinese Journal of Engineering, 2019, 41(8): 1052-1060. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.011

    基于IPSO-RELM轉爐冶煉終點錳含量預測模型

    doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2019.08.011
    基金項目: 

    江西省重點研發計劃資助項目 20171ACE50020

    詳細信息
      通訊作者:

      劉青, E-mail: qliu@ustb.edu.cn

    • 中圖分類號: TP723

    Improved prediction model for BOF end-point manganese content based on IPSO-RELM method

    More Information
    • 摘要: 分析了影響轉爐冶煉終點鋼水中錳含量的因素, 針對基于BP神經網絡算法的轉爐冶煉終點錳含量預測模型存在的收斂速度慢, 預測精度低等問題, 提出了一種基于極限學習機(ELM) 算法建模的新思路, 并引入正則化以及改進粒子群優化算法(IPSO), 建立了基于改進粒子群算法優化的正則化極限學習機(IPSO-RELM) 的轉爐終點錳含量預測模型; 應用國內某煉鋼廠轉爐實際生產數據對模型進行訓練和驗證, 并與基于BP、ELM和RELM算法的三類模型進行比較.結果表明, 采用IPSO-RELM方法構建的模型, 錳含量預測誤差在±0. 025%范圍內的命中率達到94%, 均方誤差為2. 18×10-8, 擬合優度R2為0. 72, 上述三項指標均顯著優于其他三類模型, 此外, 該模型還具有良好的泛化能力, 對于轉爐實際冶煉過程具有一定的指導意義.

       

    • 圖  1  典型的單隱層前饋神經網絡模型

      Figure  1.  Typical single hidden layer feedforward neural network model

      圖  2  RELM模型拓撲結構圖

      Figure  2.  Structural diagram of RELM model

      圖  3  錳含量預測值與實測值的比較. (a) BP; (b) ELM; (c) RELM; (d) IPSO--RELM

      Figure  3.  Comparison of predicted and observed end-point manganese contents: (a) BP; (b) ELM; (c) RELM; (d) IPSO--RELM

      圖  4  錳含量預測誤差的分布. (a) BP; (b) ELM; (c) RELM; (d) IPSO--RELM

      Figure  4.  Distribution of prediction errors of end-point manganese content: (a) BP; (b) ELM; (c) RELM; (d) IPSO-RELM

      圖  5  四種模型錳含量預測誤差的比較

      Figure  5.  Comparison of prediction errors of four models

      表  1  轉爐終點錳含量影響因素的皮爾遜相關系數

      Table  1.   Pearson correlation coefficients of process parameters in the prediction of end-point manganese content for BOF

      變量 Pearson
      相關系數
      變量 Pearson
      相關系數
      化渣劑加入量 -0.545** 鐵水S質量分數 -0.231**
      廢鋼裝入量 0.376** 鐵水溫度 0.231**
      鐵水Mn質量分數 0.371** 鐵水P質量分數 0.217**
      石灰加入量 0.288** 氧耗量 0.201**
      輕燒白云石加入量 0.256** 鐵水加入量 0.193**
      注:** 表示變量與終點錳含量在0.01水平上顯著相關;*表示變量與終點錳含量在0.05水平上顯著相關.
      下載: 導出CSV

      表  2  IPSO-RELM模型的基本參數

      Table  2.   Fundamental parameters of IPSO-RELM model

      參數名稱 設置值 參數名稱 設置值
      輸入層節點 10 輸出層節點 1
      隱含層數 1 種群規模,P 20
      隱含層節點數 20 迭代次數,N 50
      學習因子,c1 2.8 最大權重系數,ωmax 1.2
      學習因子,c2 1.2 最小權重系數,ωmin 0.4
      下載: 導出CSV

      表  3  4種算法性能比較

      Table  3.   Comparison of performances of four kinds of algorithms

      模型 均方誤差,MSE/10-8 R2 誤差±0.025%命中率
      BP 3.49 0.49 0.78
      ELM 2.71 0.65 0.84
      RELM 2.64 0.66 0.88
      IPSO--RELM 2.18 0.72 0.94
      下載: 導出CSV
      中文字幕在线观看
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    • 加載中
    圖(5) / 表(3)
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    出版歷程
    • 收稿日期:  2018-08-08
    • 刊出日期:  2019-08-01

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