菌群优化算法在层流冷却控制中的应用

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1、＇ｍ硕：ｔ学位论文Ｉ難齡算齡层流冷雛制中酿用ＩＴｈｅＡｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢａｃｔｅｒｉａｌＦｏｒａｇｉｎｇＯｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｐｐｐＡｌｏｒｉｔｈｍｉｎＬａｍｉｎａｒＣｏｏｌｉｎＰｒｏｃｅｓｓｇｇＩ■措导獅：片锦香副教授学科专ｉｋ：系统工程Ｉ媒建達兰Ｉ二Ｏ－五针二貞分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文菌群优化算法在层流冷却控制中的应用作者姓名：王镇入学年份：2013年9月指导教师：片锦香副教授学科专业：控制科学与工程申请学位：工学硕士所在单位：信息与控制工程学院论文提

2、交日期：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：厉伟答辩委员会组成：厉伟李界家马斌戴敬韩忠华高恩阳林硕论文评阅人：声明本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下独立完成的。论文中取＾得的研究成果除加１义标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我共同工作过的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢幕。＇作者签名：７讀－曰期：ｗｒ奸叫学位论文版权使用授权书本学位论文作者和指导教师完全了解沈阳建筑大

3、学有关保留、使用学位论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳建筑大学（或其授权机构）可Ｌ义将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库并通过网络提供检索、浏览。（如作者和导师同意论文交流，请在下方签名视为不同意。）；否则作者和导师同意网上交流的时间为作者获得学位后：不限□半年囚一年□一年半□两年□作者签雀：３薄导师签名：片终ｉｐ／曰期：之。曰期巧叫：－今ｉ硕士研究生学位论文摘要Ⅰ摘要层流冷却控制过程中，需要在几秒钟时间内，使整段带钢温度迅速减少200

4、～300℃，只凭借带钢向外热辐射和热传递过程散出大部分热量是不可能实现的。因此，需要带钢输出辊道上安装高效率的冷却设备，通过向辊道上待冷却带钢表面密集喷水，使带钢表面温度迅速冷却。通过控制喷水集管阀门开闭来控制带钢喷水量，满足不同需求的带钢对于卷取温度的控制要求。由于带钢最终卷取温度取决于层冷过程中喷洒水量的多少。无论喷水量过多或多少都会导致卷取温度过高或者过低，这都会直接降低带钢的生产质量。由于传统带钢层流冷却过程难以建立精准的数学模型，目前大多数钢厂仍然采用查经验公式或实测数据表格的方法进行温度控制，控制精度较低。为了提高层流冷却过程中卷取温度的控制精度，本文

5、研究内容包括：1.进行层流冷却特性分析。在层流冷却控制工艺中，需要尽可能保证最终的带钢卷取温度接近目标温度，该温度本质属于目标优化问题。寻找最优喷水量是解决该控制过程的关键，近些年来，菌群优化算法作为群智能算法的代表逐渐被广泛应用，因其不受限于数学模型精度并且适应频繁变化的工况，本文引进了菌群算法来寻找最优的层流冷却过程喷水量。2.提出基于小生境菌群改进算法。传统菌群算法存在容易陷入局优的问题，本文加入了小生境方法改进传统菌群算法。小生境的概念是将与自身特性相同的个体通过某种方式将其聚类到一起，共进退，同生死。在菌群算法应用中是将传统菌群算法中距离较为接近的细菌个

6、体限制在一个特定的生存空间中，使用小生境方法改进后的菌群算法比传统菌群优化算法具有更快的收敛速度和跳出极值点的能力。实验结果证明了小生境菌群算法增强了传统菌群算法跳出局优的能力。3.提出基于小生境菌群优化算法的层流喷水量优化设定方法。本文将改进后的菌群优化算法应用于层流冷却控制过程，提出基于小生境菌群优化算法的层流冷却喷水量的设定方法。分别经过趋化、繁殖行为、迁徙步骤及小生境算法的惩罚淘汰机制，最终找到整个菌群最终寻优位置，该位置对应整个层流冷却过程的最优喷水量。4.半物理实验研究。借助东北大学国家重点实验室平台中的层流冷却全流程实验系统，在国内某大型钢厂的实际运

7、行数据基础上，进行了基于小生境菌群优化算法的层流冷却喷水量设定方法的实验研究。实验结果表明，利用本文提出的方法，不论薄带钢还是中厚带钢，均可以寻到优化的层流冷却喷水量，最终使得冷却结束后的带钢卷取温度接近目标温度，从而提高带钢质量。关键词：菌群优化算法；小生境；层流冷却控制；冷却喷水量；卷取温度硕士研究生学位论文AbstractⅢAbstractDuringstriplaminarcoolingprocess，thestripcoilingtemperatureneedreduce200~350℃inrelativelyshorttime.Itisnotpossi

8、bleto