一种烧结混合料水分大小判定方法与流程
本发明涉及一种烧结混合料水分大小判定方法。
背景技术：
烧结混合料水分检测与控制，是烧结生产的重要环节，混合料水分的含量大小不仅影响烧结过程的垂直烧结速度，而且还影响烧结矿的成品率、生产力和转鼓指数。混合料水分大，虽然可以加快烧结速度，但是会使成品率降低，返矿量大，转鼓指数下降；混合料水分小，则烧结速度慢，生产率低，各种能耗增加。因此，对混合料水分进行准确检测与控制，是提高烧结生产指标，实现优质、高产的必要保证。
国内大多烧结混合料水分完全采用人工经验控制水量的方法，没有操作指导，容易使烧结混合料水分含量波动大，通过烧结混合料水分大小的判定，对操作工形成操作指导，可提高烧结生产操作控制水平，改善烧结矿冷强度和低温还原粉化性能，提高烧结矿的成品率、生产力和转鼓指数，减少返矿量，使得烧结矿的冶金性能得到提高，降低烧结生产固体燃料的消耗，更有利高炉降低焦比，对烧结和高炉冶炼生产，降低铁前成本均有十分重要的意义。
目前，对于烧结混合料水分的相关研究主要集中在水分检测领域，例如在申请号为201110431810.9的发明专利《一种烧结混合料水分的测量方法》提出了一种采用球型电导-电容复合式方法测量烧结混合料水分，采用接触式的传感器在烧结滚筒内部测量水分。申请号为201010525686.8的发明专利《一种铁矿烧结混合料适宜制粒水分的快速检测方法》通过实验与计算结合的方法检测适宜的制粒水分。申请号为201210433085.3的发明专利《一种烧结过程中检测混合料水分的方法和装置》是一种经过修正的红外测水法。以上的方法都涉及检测不准确、维护不方便、设备易损坏的问题。
技术实现要素：
本发明提供了一种烧结混合料水分大小判定方法，基于模糊推理的方法实现，解决烧结混合料水分检测不准及水分含量设定值不合理，也可指导操作工进行烧结混合料水分调 节。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种烧结混合料水分大小判定方法，包括如下步骤：
1)确定输入量变换函数
定义输入量烧结终点为XBTP，输入量红火层亮度为XHHL；
其中烧结终点XBTP是烧结料在烧结机中完全烧透时所在的风箱位置；最佳烧结终点定义为BTPSP，烧结机风箱数量定义为NUMBel；
BTPSP＝NUMBel-1
红火层亮度XHHL是烧结机尾部断面的亮度，取值范围为[0,255]；
XBTP为烧结终点变换前的值，定义变换后的值为YBTP，烧结终点的变换函数为：
XHHL为红火层亮度变换前的值，定义变换后的值为YHHL，红火层亮度的变换函数为：
2)确定隶属度函数
输入量烧结终点的模糊集合定义为：{NBB，NSB，ZEB，PSB，PBB}；
烧结终点模糊集合的隶属度函数坐标范围，横轴为[-3,3]，纵轴为[0,1]；
其中NBB的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(-3,0)，(-3,1)，(-2,1)，(-1,0)；
NSB的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-2,0)，(-1,1)，(0,0)；
ZEB的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-0.1,0)，(0,1)，(0.1,0)；
PSB的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(0,0)，(1,1)，(2,0)；
PBB的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(1,0)，(2,1)，(3,1)，(3,0)；
红火层亮度的模糊集合定义为：{NBH，NSH，ZEH，PSH，PBH}；
红火层亮度模糊集合的隶属度函数坐标范围，横轴为[-3,3]，纵轴为[0,1]；
其中NBH的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(-3,0)，(-3,1)，(-2,1)，(-1,0)；
NSH的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-2,0)，(-1,1)，(0,0)；
ZEH的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-0.5,0)，(0,1)，(0.5,0)；
PSH的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(0,0)，(1,1)，(2,0)；
PBH的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(1,0)，(2,1)，(3,1)，(3,0)；
水分的模糊集合定义为：{NW，ZW，PW}；
水分模糊集合的隶属度函数坐标范围，横轴为[-2,2]，纵轴为[0,1]；
其中NW的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(-2,0)，(-2,1)，(-1,1)，(0,0)；
ZW的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-1,0)，(0,1)，(1,0)；
PW的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(0,0)，(1,1)，(2,1)，(2,0)；
3)确定推理规则
用于判定烧结混合料水分大小的推理规则由25条规则组成：
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是NW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是PW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是ZW；
4)确定烧结混合料水分大小
烧结混合料水分大小的判定通过Mamdani方法推理确定；
Mamdani方法的输入有三个部分组成：一是步骤2)确定的输入量烧结终点模糊集合、红火层亮度模糊集合及输出量水分模糊集合的隶属度函数；二是步骤3)确定的推理规则；三是通过步骤1)中方法对烧结终点与红火层亮度的实际值进行输入量变换后的值；
定义水分变换前的值为XW，变换后的值为YW，水分的变换函数为：
Mamdani方法的输出为水分变换前的值XW；
在得到XW后，通过水分的变换函数，得到YW，进而实现烧结混合料水分大小的判定。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
一种烧结混合料水分大小判定方法，能够解决无论水分检测手段精确与否，水分含量设定是否合理，都能够判定当前烧结混合料水分是大是小，进而指导操作工进行水分的调 节。
附图说明
图1是烧结混合料水分大小判定方法实现的流程图；
图2是烧结终点模糊变量隶属度函数；
图3是红火层亮度模糊变量隶属度函数；
图4是水分输出模糊变量隶属度函数；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步的说明：
一种烧结混合料水分大小判定方法，包括如下步骤：
1)确定输入量变换函数
定义输入量烧结终点为XBTP，输入量红火层亮度为XHHL；
其中烧结终点XBTP是烧结料在烧结机中完全烧透时所在的风箱位置；最佳烧结终点定义为BTPSP，烧结机风箱数量定义为NUMBel；
BTPSP＝NUMBel-1
红火层亮度XHHL是烧结机尾部断面的亮度，取值范围为[0,255]；
XBTP为烧结终点变换前的值，定义变换后的值为YBTP，烧结终点的变换函数为：
XHHL为红火层亮度变换前的值，定义变换后的值为YHHL，红火层亮度的变换函数为：
2)确定隶属度函数
输入量烧结终点的模糊集合定义为：{NBB，NSB，ZEB，PSB，PBB}；
烧结终点模糊集合的隶属度函数坐标范围，横轴为[-3,3]，纵轴为[0,1]；
其中NBB的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(-3,0)，(-3,1)，(-2,1)，(-1,0)；
NSB的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为 (-2,0)，(-1,1)，(0,0)；
ZEB的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-0.1,0)，(0,1)，(0.1,0)；
PSB的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(0,0)，(1,1)，(2,0)；
PBB的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(1,0)，(2,1)，(3,1)，(3,0)；
红火层亮度的模糊集合定义为：{NBH，NSH，ZEH，PSH，PBH}；
红火层亮度模糊集合的隶属度函数坐标范围，横轴为[-3,3]，纵轴为[0,1]；
其中NBH的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(-3,0)，(-3,1)，(-2,1)，(-1,0)；
NSH的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-2,0)，(-1,1)，(0,0)；
ZEH的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-0.5,0)，(0,1)，(0.5,0)；
PSH的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(0,0)，(1,1)，(2,0)；
PBH的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(1,0)，(2,1)，(3,1)，(3,0)；
水分的模糊集合定义为：{NW，ZW，PW}；
水分模糊集合的隶属度函数坐标范围，横轴为[-2,2]，纵轴为[0,1]；
其中NW的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(-2,0)，(-2,1)，(-1,1)，(0,0)；
ZW的隶属度函数为三角形隶属度函数，该三角形隶属度函数三个点的坐标分别为(-1,0)，(0,1)，(1,0)；
PW的隶属度函数为直角梯形隶属度函数，该梯形隶属度函数四个点的坐标分别为(0,0)，(1,1)，(2,1)，(2,0)；
3)确定推理规则
用于判定烧结混合料水分大小的推理规则由25条规则组成：
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NBB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是NW；
如果烧结终点是NSB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是NW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是PW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是ZEB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PSB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是NBH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是NSH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是ZEH,那么水分是PW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是PSH,那么水分是ZW；
如果烧结终点是PBB，并且红火层亮度是PBH,那么水分是ZW；
4)确定烧结混合料水分大小
烧结混合料水分大小的判定通过Mamdani方法推理确定；
Mamdani方法的输入有三个部分组成：一是步骤2)确定的输入量烧结终点模糊集合、红火层亮度模糊集合及输出量水分模糊集合的隶属度函数；二是步骤3)确定的推理规则；三是通过步骤1)中方法对烧结终点与红火层亮度的实际值进行输入量变换后的值；
定义水分变换前的值为XW，变换后的值为YW，水分的变换函数为：
Mamdani方法的输出为水分变换前的值XW；
在得到XW后，通过水分的变换函数，得到YW，进而实现烧结混合料水分大小的判定。
本发明提供的一种烧结混合料水分大小判定方法具体可以通过MATLAB实现。
实施例1：
假定烧结机的风箱数量NUMBel＝24，那么最佳烧结终点BTPSP＝23，即烧结终点的变换函数为：
数据采集到烧结终点变换前的值XBTP＝22.3，代入烧结终点的变换函数，烧结终点变换后的值YBTP＝-1.4。
数据采集到红火层亮度变换前的值XHHL＝245，代入红火层亮度的变换函数，红火层亮度变换后的值YHHL＝2.5。
YHHL＝(245-220)×0.1＝2.5
隶属度函数可以采用MATLAB工具实现。用到MATLAB中两个隶属度函数类型trapmf和trimf，分别表示梯形隶属度函数和三角形隶属度函数。
如图2所示为烧结终点模糊集合的隶属度函数形式。烧结终点进行输入量变换后论域范围为[-3,3]，模糊变量PBB、PSB、ZEB、NSB、NBB的隶属度函数采用如下方法实现：
PBB采用trapmf类型隶属度函数，参数为[1 2 3 3]。
PSB采用trimf类型隶属度函数，参数为[0 1 2]。
ZEB采用trimf类型隶属度函数，参数为[-0.1 0 0.1]。
NSB采用trimf类型隶属度函数，参数为[-2 -1 0]。
NBB采用trapmf类型隶属度函数，参数为[-3 -3 -2 -1]。
如图3所示为红火层亮度模糊集合的隶属度函数形式。红火层亮度进行输入量变换后论域范围为[-3,3]，模糊变量PBH、PSH、ZEH、NSH、NBH的隶属度函数采用如下方法实现：
PBH采用trapmf类型隶属度函数，参数为[1 2 3 3]。
PSH采用trimf类型隶属度函数，参数为[0 1 2]。
ZEH采用trimf类型隶属度函数，参数为[-0.5 0 0.5]。
NSH采用trimf类型隶属度函数，参数为[-2 -1 0]。
NBH采用trapmf类型隶属度函数，参数为[-3 -3 -2 -1]。
如图4所示为水分模糊集合的隶属度函数形式。水分进行输出量变换前论域范围为[-2,2]，模糊变量PW、ZW、NW的隶属度函数采用如下方法实现：
PW采用trapmf类型隶属度函数，参数为[0 1 2 2]。
ZW采用trimf类型隶属度函数，参数为[-1 0 1]。
NW采用trapmf类型隶属度函数，参数为[-2 -2 -1 0]。
推理规则采用MATLAB实现，规则用产生式规则表示方式。
采用Mamdani方法实现推理。
当YBTP＝-1.4，YHHL＝2.5时，采用MATLAB工具内置的Mamdani方法推理计算，XW＝-1.15。
根据水分变换函数，当XW＝-1.15<-0.5时，得到YW＝偏小，判定水分偏小，指导操作工进行水分调节。
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