一种动态配料控制系统设计方法

摘要

本发明涉及一种动态配料控制系统设计方法，该方法包括以下步骤：1)建立动态配料系统的标准工艺模型；2)建立动态配料系统的系统需求模型；3)建立动态配料控制系统的对象应用模型；4)结合步骤1)动态配料系统的系统需求模型、步骤2)动态配料系统的系统需求模型、步骤3)动态配料控制系统的对象应用模型，利用知识挖掘技术建立动态配料控制系统特征匹配模型，保证动态配料控制系统设计效果的科学性和合理性。本发明通过语义模型结合数理统计技术及知识挖掘技术实现动态配料控制系统的设计方法，使得动态配料控制系统的设计更具科学性、理论指导性和实际应用性，具有广泛的应用前景。

说明书

技术领域

本发明涉及一种动态配料控制系统设计方法，特别是一种通过语义模型利用数理统计技术及知识挖掘技术实现的动态配料控制系统的设计方法。

背景技术

建材产品一般以粘土矿物及其它矿物为原料，并经过配料、制备、坯体成型、坯体干燥、烧成等过程而制成相应的产品。在建材产品生产过程中，配料是生产的第一工艺流程，对整个产品生产线的作用是相当重要的，而配料的精确度直接关系到所制产品质量，决定了产品性能的优劣和质量的好坏。在配料过程中，影响系统配料精度的因素较多。

针对配料系统中存在的问题目前许多科研机构、高等院校都展开了深入地研究，正试图减小各种因素对动态配料系统精度的影响，并采取一定的措施设计动态配料控制系统，解决配料系统中的问题。然而对于动态配料控制系统的设计，虽然很多研究人员和学者根据实际的系统要求，采用了很多种控制算法，例如神经网络算法，自适应控制算法，模糊控制，PID控制等。但大多数的设计都是根据各自的意愿、经验及对自身研究领域的熟悉程度实现的，仍然没有提出科学可行的解决配料各种问题的控制系统的设计方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种动态配料控制系统设计方法，该方法利用知识挖掘技术结合动态配料系统标准工艺模型、系统需求模型及对象应用模型，对动态配料工艺、需求、功能、对象应用等进行挖掘分析，从而得到动态配料控制系统的科学设计方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种动态配料控制系统设计方法，包括以下步骤：

1)建立动态配料系统的标准工艺模型；针对实际动态配料系统的运行工艺，分析动态配料系统的整体架构，确定动态配料系统的主要组成结构，进而实现动态配料系统标准工艺模型的建立；

2)建立动态配料系统的系统需求模型；对动态配料系统运行过程进行研究，确定动态配料系统存在的问题，利用现代分析方法建立系统需求模型；

3)建立动态配料控制系统的对象应用模型；对动态配料控制系统的实际应用情况进行分析，确定影响动态配料控制系统操作和使用的主要影响因素，结合动态配料控制系统的使用环境，建立动态配料控制系统对象应用模型；

4)结合步骤1)动态配料系统的系统需求模型、步骤2)动态配料系统的系统需求模型、步骤3)动态配料控制系统的对象应用模型，利用知识挖掘技术建立动态配料控制系统特征匹配模型，保证动态配料控制系统设计效果的科学性和合理性。

进一步，步骤1)中所述的动态配料系统的标准工艺模型的建立是采用数理统计分析的方法，其模型描述为：

其中t1、t2代表流程与流程之间的过渡时间。

进一步，步骤2)中所述的动态配料系统的系统需求模型的建立方法为：采用理论分析与意向语义分析相结合的方法。

进一步，步骤3)中所述动态配料控制系统的对象应用模型的建立方法为：采用感性意向的方法。

进一步，步骤4)中所述的动态配料控制系统特征匹配模型采用知识挖掘的方法建立的模型为：

$>A=\left(\begin{array}{cccc}{A}_{11}^{\left(k\right)}& A_{12}^{\left(k\right)}& ...& A_{1J}^{\left(k\right)}\\ A_{21}^{\left(k\right)}& A_{22}^{\left(k\right)}& ...& A_{2J}^{\left(k\right)}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ A_{I1}^{\left(k\right)}& A_{I2}^{\left(k\right)}& ...& A_{\mathrm{IJ}}^{\left(k\right)}\end{array}\right)$>

其中，为标准工艺模型、系统需求模型及对象应用模型所对应的各类模型要素，A为动态配料控制系统设计因素。

进一步，动态配料系统的系统需求模型的模型描述包括：物料流量控制需求、称量精度影响需求、物料计量方式需求、物料控制跟踪需求。

进一步，所述的动态配料控制系统的对象应用模型的模型描述包括：对象应用环境、对象操作方便性及对象使用安全性三个方面。

进一步，所述的动态配料控制系统特征匹配模型建立的知识挖掘方法，其实现的步骤原理为：

设有m个动态配料控制系统设计结果F1、F2、…、Fm(m≤j),它们满足如下线性关系，并对其进行一定的转换：

$>\left(\begin{array}{c}{F}_1=a_{11}{x}_1+a_{12}{x}_2+...+a_{1j}{x}_j\\ F_2=a_{21}{x}_1+a_{22}{x}_2+...+a_{2j}{x}_j\\ .\\ .\\ .\\ F_m=a_{m1}{x}_1+a_{m2}{x}_2+...+a_{\mathrm{mj}}{x}_j\end{array}\right)$>

其中，x₁、x₂、……、x_j为动态配料系统模型的特征要素，a_ij为因子特征值。

本发明的有益效果在于：

1、通过对多种动态配料系统的统计分析，确定了动态配料系统运行的工艺流程的主要组成部分，建立动态配料系统标准工艺流程模型描述为给料—下料—称重混料，为动态配料控制系统设计提供工艺标准，提高控制系统设计的标准化。

2、通过建立动态配料系统的系统需求模型，从动态配料过程中存在的各类影响因素中提取出主要影响因素，进而确定需要解决的主要问题，并对这些问题的解决方法进行整合分析，为动态配料控制系统的实现提供方法基础，提高动态配料控制系统设计的问题解决能力；

3、通过建立动态配料控制系统的对象应用模型，对影响动态配料控制系统使用的主要因素进行统计分析，提取动态配料控制系统使用设计的关键成分，提高动态配料控制系统设计的合理性和实操性；

4、通过结合动态配料系统的系统需求模型、动态配料系统的系统需求模型、动态配料控制系统的对象应用模型，利用知识挖掘技术建立动态配料控制系统特征匹配模型，为动态配料控制系统的设计提供科学的设计方案。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明所述方法的实现流程框图；

图2为动态配料系统的标准工艺模型图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

本发明动态配料控制系统特征匹配模型建立原理为：

在动态配料系统的系统需求模型、动态配料系统的系统需求模型、动态配料控制系统的对象应用模型的基础上，提取动态配料控制系统设计特征要素，采用数理统计的多元回归法对特征要素进行提取、转换与分析，利用知识挖掘技术设计特征匹配模型。

图1为本发明所述方法的实现流程框图，如图所示，本发明的预测过程包括：(1)建立动态配料系统的标准工艺模型；(2)建立动态配料系统的系统需求模型；(3)建立动态配料控制系统的对象应用模型；(4)建立动态配料控制系统特征匹配模型等步骤。

(1)建立动态配料系统的标准工艺模型

建材生产制作一般需要经过配料、制备(配水搅拌)、坯体成型、坯体干燥、焙烧等工序过程。通过对多种动态配料系统的统计分析可知，动态配料系统其中动态配料一般为两种或两种以上物料进行混合的过程，物料从料斗落入给料机，给料机通过电机进行驱动将物料送至给料皮带的尾部使物料落入称量机构中，称量后经过破碎机破碎进行混合。所建立的动态配料系统的标准工艺模型描述为：

其中t1、t2代表流程与流程之间的过渡时间。分为三个流程即给料流程、下料流程、称量混料流程。给料流程即原料从料斗处至给料机出口处的过程，下料流程即原料从给料机出口至皮带秤入口的过程，称量混料流程即原料进入皮带秤称量后送入混料皮带的过程。三个流程并不是各自独立的过程，而是具有相互耦合的关系。

(2)建立动态配料系统的系统需求模型

动态配料系统的系统需求模型描述包括：物料流量控制需求、称量精度影响需求、物料计量方式需求、物料控制跟踪需求。其具体模型描述为：

a)物料流量控制需求

由配料系统工艺分析可知，建材产品原料是大小、形状、重量等不规则的矿物质，原料堆积方式多种多样且状态难以预测。由原料的固有特性可知，其属于密度不均匀、形状不确定的矿物质。动态配料系统的输入(给料机的频率)与输出(给料机的给料流量)属于参数不确定的非线性关系，不仅其状态难以预测，流量的精确控制也难以实现。

b)称量精度影响需求

不同配料系统中，物料堆积方式多样且不均匀，从给料机到皮带秤的高度也不尽相同，因此，物料从给料机送入到皮带秤时，其冲击力对皮带秤的称量精度影响较大。一般来说物料高度越高，重量越大，其对皮带秤冲击越大，那么对皮带秤称量精度影响也越大。在配料系统中，由于物料冲击作用皮带秤称量不准确，直接影响皮带秤对配送物料流量的计量精度。

c)物料计量方式需求

动态配料系统称量属于动态称量方式，对于动态称量来说一般具有定量称量和计量称量方式，对于选取何种称量方式是保证系统精度的关键所在

d)物料控制跟踪需求

由于主料和辅料是分开送入混料机的，其输送量和输送速度是由各自的给料系统和皮带秤称量配送系统来决定，但由于两者的配料是根据配比要求进行配料量控制的，需求上又存在着相互耦合的关系，所以主料和辅料合理的送料方式也决定了混料质量的优劣。

(3)建立动态配料控制系统的对象应用模型

采用感性意象及语义差异法对动态配料控制系统的应用情况进行统计分析，建立动态配料控制系统的对象应用的影响系数模型，其部分描述表如下：

对象名称影响系数对象名称影响系数数控面板30％把手4％材质20％门8％防护等级44％按钮数量32％

(4)建立动态配料控制系统特征匹配模型

设计动态配料系统特征匹配模型原理为：设有m个动态配料控制系统设计结果F1、F2、…、Fm(m≤j),它们满足如下线性关系，并对其进行一定的转换：

$>\left(\begin{array}{c}{F}_1=a_{11}{x}_1+a_{12}{x}_2+...+a_{1j}{x}_j\\ F_2=a_{21}{x}_1+a_{22}{x}_2+...+a_{2j}{x}_j\\ .\\ .\\ .\\ F_m=a_{m1}{x}_1+a_{m2}{x}_2+...+a_{\mathrm{mj}}{x}_j\end{array}\right)$>

其中，x₁、x₂、……、x_j为动态配料系统模型的特征要素，a_ij为因子特征值。

为了便于分析，对上述矩阵进行转换,首先对矩阵进行降维处理，可对K个特征要素利用样本均值统计量计算A_ij,即计算K个特征要素的第i个模型的第j个因子的均值：

$>A=\underset{k=1}{\overset{k}{\Sigma }}{A}_{\mathrm{ij}}^{\left(k\right)}/k$>

动态配料控制系统特征匹配模型为：

$>A=\left(\begin{array}{cccc}{A}_{11}^{\left(k\right)}& A_{12}^{\left(k\right)}& ...& A_{1J}^{\left(k\right)}\\ A_{21}^{\left(k\right)}& A_{22}^{\left(k\right)}& ...& A_{2J}^{\left(k\right)}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ A_{I1}^{\left(k\right)}& A_{I2}^{\left(k\right)}& ...& A_{\mathrm{IJ}}^{\left(k\right)}\end{array}\right)$>

其中，为标准工艺模型、系统需求模型及对象应用模型所对应的各类模型要素，A为动态配料控制系统设计因素。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。