煉鋼連鑄生產(chǎn)過程的自適應(yīng)魯棒調(diào)度方法研究中文摘要

近年來，煉鋼-連鑄調(diào)度問題成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界共同關(guān)注的研究熱點。然而，由于煉鋼-連鑄過程具有大規(guī)模、強(qiáng)約束、多目標(biāo)和動態(tài)不確定等復(fù)雜特征，現(xiàn)有的調(diào)度方法還很不完善，難以有效應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。本項目擬以保證煉鋼-連鑄生產(chǎn)過程的安全平穩(wěn)高效運行為目標(biāo)，系統(tǒng)研究煉鋼-連鑄自適應(yīng)魯棒調(diào)度方法，包括煉鋼-連鑄魯棒調(diào)度模型、基于Meta-Lamarckian學(xué)習(xí)機(jī)制的自適應(yīng)控制策略、基于離散群智能的高性能多目標(biāo)魯棒調(diào)度算法、調(diào)度魯棒性和魯棒調(diào)度算法的基本理論等內(nèi)容。充分考慮調(diào)度性能指標(biāo)和魯棒性指標(biāo)的統(tǒng)一，主動調(diào)度和反應(yīng)調(diào)度兩種模式的綜合集成，調(diào)度模型、控制策略和調(diào)度算法的呼應(yīng)，局部調(diào)度與全局調(diào)度的協(xié)調(diào)，給出一批具有可指導(dǎo)性和實用性的煉鋼-連鑄自適應(yīng)魯棒調(diào)度理論成果。研究成果將豐富和深化已有的煉鋼-連鑄調(diào)度方法，推動具有問題特征的魯棒調(diào)度理論的發(fā)展，可望直接服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展。

煉鋼連鑄階段是鋼鐵生產(chǎn)過程的瓶頸環(huán)節(jié)。煉鋼連鑄調(diào)度技術(shù)直接影響著鋼鐵生產(chǎn)的成本與效益，是實現(xiàn)煉鋼連鑄過程合理化、自動化和集成化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。本項目圍繞煉鋼連鑄魯棒調(diào)度問題，在群智能調(diào)度算法、煉鋼連鑄調(diào)度算法、煉鋼連鑄重調(diào)度算法等三個方面展開研究，主要研究成果包括：①探索了果蠅算法、人工蜂群算法和遷徙鳥群算法等群智能算法解決調(diào)度問題的關(guān)鍵理論與技術(shù)，提出了一種改進(jìn)人工蜂群算法，有效解決了以最大完成時間為目標(biāo)的混合流水車間調(diào)度問題；提出了一種人工蜂群禁忌搜索混合算法，有效解決了多目標(biāo)柔性作業(yè)車間調(diào)度問題；提出了一種改進(jìn)遷移鳥群算法，有效解決了以總流經(jīng)時間為目標(biāo)的混合流水車間調(diào)度問題。②建立了煉鋼連鑄調(diào)度問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型，提出了一種拉格朗日松弛算法，給出了求解松弛問題的線性規(guī)劃方法，給出了保證松弛解有界的充要條件，提出了避免無界的方法；研究了工件排列編碼的鄰域特性和工件移動特性，提出了一種有效的人工蜂群煉鋼連鑄調(diào)度算法；構(gòu)建了煉鋼連鑄調(diào)度問題與鑄機(jī)分配問題的統(tǒng)一模型，提出了一種協(xié)同蜂群優(yōu)化調(diào)度算法，同時優(yōu)化煉鋼連鑄調(diào)度與鑄機(jī)分配問題。③實際生產(chǎn)中采用重調(diào)度策略處理生產(chǎn)過程的動態(tài)不確定性。針對煉鋼連鑄重調(diào)度問題，考慮到工件的加工時間可調(diào)性，建立了基于時間索引變量的煉鋼連鑄重調(diào)度問題的混合整數(shù)規(guī)劃模型，提出了基于機(jī)器能力約束部分松弛和全部松弛的拉格朗日松弛算法；綜合考慮機(jī)床隨機(jī)故障和工件加工時間隨機(jī)變化兩種突發(fā)事件，提出了一種結(jié)合果蠅算法和迭代貪心搜索的混合優(yōu)化算法；考慮到計劃執(zhí)行過程中的穩(wěn)定性，提出了不改變正在作業(yè)爐次已分配加工設(shè)備的具有一定魯棒性的重調(diào)度方法；采用離散場景描述煉加工時間的不確定性，以最小化壞場景出現(xiàn)的可能性為目標(biāo)，建立了一個魯棒優(yōu)化調(diào)度模型，提出了一種人工蜂群魯棒調(diào)度算法。本項目共完成論文39篇，其中SCI論文30篇，EI中文期刊論文7篇。在所發(fā)表的SCI論文中，ESI高被引論文1篇、IEEE Trans長文6篇、IFAC會刊長文1篇、Control Engineering Practice 長文1篇、運作管理領(lǐng)域知名期刊European Journal of Operational Research 和OMEGA論文5篇。在中科院SCI期刊JCR大類分區(qū)一區(qū)期刊上發(fā)表論文7篇。獲得教育部自然科學(xué)獎一等獎1項。申請專利2項，培養(yǎng)博士研究生4名，碩士生 2100433B

基于空間結(jié)構(gòu)振動主動控制研究背景，以航天精密裝置微振動控制為理想應(yīng)用目標(biāo)，采用壓電堆構(gòu)建多自由度主動隔振平臺，探索魯棒自適應(yīng)微振動控制方法與實現(xiàn)技術(shù)，取得創(chuàng)新性的科學(xué)研究成果。研究重點包括：多自由度主動隔振平臺微振動集成建模與分析方法、在線系統(tǒng)模型辨識方法、微振動魯棒自適應(yīng)控制方法與技術(shù)等關(guān)鍵內(nèi)容；搭建多軟件聯(lián)合仿真分析平臺，針對空間裝置微振動魯棒自適應(yīng)控制多自由度驅(qū)動、系統(tǒng)建模、參數(shù)辨識、控制策略等方面進(jìn)行深入研究；構(gòu)建基于高精度壓電堆的多自由度主動隔振實驗平臺，使理論方法研究和實驗分析驗證相結(jié)合，并探求空間裝置微振動控制的工程實現(xiàn)方法。航天精密裝置微振動主動控制研究，歷來是空間科學(xué)與工程領(lǐng)域一個重要方向和難點課題，基于多自由度壓電堆驅(qū)動進(jìn)行結(jié)構(gòu)微振動魯棒自適應(yīng)控制方法與技術(shù)研究，對航天空間裝置安全性監(jiān)控和可靠性保障具有重要科學(xué)意義，相關(guān)理論方法和實現(xiàn)技術(shù)亟待深入探索和突破。

本項目基于多自由度微振動主動控制研究背景，通過多個壓電堆作動器組合構(gòu)建多自由度微振動隔振平臺，以壓電堆作動器建模分析、多輸入多輸出微振動主動控制系統(tǒng)辨識方法與技術(shù)、多輸入多輸出微振動主動控制系統(tǒng)魯棒自適應(yīng)微振動控制方法與技術(shù)為研究重點。利用ANSYS、ADAMS與MATLAB SIMULINK完成了多自由度微振動主動隔振機(jī)構(gòu)的集成建模分析以及多軟件聯(lián)合仿真分析，探索了控制與結(jié)構(gòu)的同時優(yōu)化技術(shù)。研究了面向多自由度多輸入多輸出控制系統(tǒng)的閉環(huán)模型辨識方法，以及多輸入多輸出控制系統(tǒng)的在線模型修正方法，完成了多輸入多輸出閉環(huán)輸出誤差法、多輸入多輸出濾波閉環(huán)輸出誤差法、多輸入多輸出擴(kuò)展閉環(huán)輸出誤差法的推導(dǎo)和實現(xiàn)。完成了基于多種閉環(huán)輸出誤差法的在線模型修正控制方法推導(dǎo)和實現(xiàn)。面向多自由度主動隔振平臺的魯棒自適應(yīng)控制方法與控制器設(shè)計，研究了死區(qū)、濾波、投影和歸一化等魯棒參數(shù)自適應(yīng)算法，結(jié)合了具有死區(qū)的參數(shù)自適應(yīng)算法與歸一化參數(shù)自適應(yīng)算法，完成了相關(guān)面向多輸入多輸出控制的具有死區(qū)和歸一化的魯棒參數(shù)自適應(yīng)算法推導(dǎo)分析與實現(xiàn)。研究了基于內(nèi)模原理的多輸入多輸出魯棒自適應(yīng)算法，探索了基于Q參數(shù)化的多輸入多輸出中央魯棒控制器設(shè)計，給出了基于Q參數(shù)化的前饋、反饋和混合魯棒自適應(yīng)控制算法推導(dǎo)及分析方法，給出了其在確定環(huán)境下的穩(wěn)定性分析與隨機(jī)環(huán)境下的收斂性分析。在相關(guān)方法研究與多軟件聯(lián)合仿真分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了多自由度主動隔振平臺，研制開發(fā)了相應(yīng)的測控系統(tǒng)軟硬件，完成了微振動主動控制實驗環(huán)境與驗證平臺的搭建。通過實驗驗證了相關(guān)技術(shù)方法的可行性與相關(guān)算法的可靠性，并探索了空間裝置微振動控制的工程實現(xiàn)方法。 2100433B