基于遗传算法的电弧炉供电曲线的优化

论文摘要

在电弧炉炼钢过程中,合理的供电策略不仅能保证操作顺利进行,而且有助于降低电耗、电极损耗和炉壁侵蚀,缩短冶炼周期,带来良好的经济效益。本文在查阅了大量国内外相关文献的基础上,结合现代电弧炉的电气特性,根据现场数据对非线性电抗模型进行了回归分析,并在深入研究电弧炉电热特性和冶炼过程能量守恒的基础上,建立了基于经济指标的电弧炉供电模型,该模型以吨钢电耗最小、冶炼时间最短和电极消耗最少为目标,实现了电弧炉供电制度的整体优化。基于经济指标的电弧炉供电模型是一个带约束的多目标混合整数非线性规划问题,对比传统优化方法和遗传算法求解此类问题的优势和不足,本文提出了面向约束处理的遗传算法和混合编码的NSGA-Ⅱ算法,面向约束处理的遗传算法主要解决了约束难以处理的问题,而混合编码的NSGA-Ⅱ算法解决了混合整数变量和多目标的问题。接着用C++实现了这两种算法。最后以上海某钢厂3#电弧炉为背景,应用面向约束处理的遗传算法和混合编码的NSGA-Ⅱ算法实现了对电弧炉供电模型的求解,并对仿真结果进行了分析,制定了合理的供电曲线。此外,为了把优化算法应用到实际中,本文还根据电弧炉控制系统的体系结构设计了电弧炉供电曲线优化软件。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 电弧炉炼钢简介
• 1.2.1 电弧炉炼钢历史及发展
• 1.2.2 电弧炉炼钢工艺
• 1.2.3 电弧炉炼钢设备
• 1.2.4 电弧炉炼钢特点
• 1.3 问题的提出及国内外研究现状
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 电弧炉电气系统分析
• 2.1 电弧炉主回路构成
• 2.2 电弧炉主回路电气特性的理论分析
• 2.3 电弧炉运行电抗模型的回归
• 2.3.1 运行电抗与短路电抗
• 2.3.2 影响运行电抗大小的因素
• 2.3.3 运行电抗模型
• 2.3.4 运行电抗模型的回归分析
• 第3章 基于经济指标的电弧炉供电模型的建立
• 3.1 电弧炉炼钢主要经济指标
• 3.2 传统供电策略
• 3.3 分段供电模型
• 3.4 电弧炉电热特性分析
• 3.4.1 能量的来源
• 3.4.2 能量的支出
• 3.4.3 热平衡方程
• 3.5 基于经济指标的供电模型的建立
• 3.5.1 模型的目标
• 3.5.2 模型的约束条件
• 3.5.3 模型的确定
• 3.6 本章小结
• 第4章 电弧炉供电模型的求解
• 4.1 供电模型求解需要解决的问题
• 4.2 一种面向约束处理的遗传算法
• 4.2.1 遗传算法的产生及其基本原理
• 4.2.2 面向约束处理的遗传算法的提出
• 4.2.3 面向约束处理的遗传算法的实现
• 4.3 多目标规划问题的引入
• 4.3.1 数学描述
• 4.3.2 Pareto支配关系
• 4.3.3 Pareto最优
• 4.3.4 传统方法求解多目标规划问题
• 4.4 基于混合编码的NSGA-Ⅱ算法
• 4.4.1 NSGA-Ⅱ算法发展历程
• 4.4.2 混合编码NSGA-Ⅱ算法的提出
• 4.4.3 混合编码NSGA-Ⅱ算法的实现
• 4.5 本章小结
• 第5章 电弧炉供电曲线的制定及应用
• 5.1 运行参数
• 5.2 优化程序的实现
• 5.2.1 类的实现
• 5.2.2 类关系
• 5.3 优化结果对比分析
• 5.3.1 面向约束处理的遗传算法求解
• 5.3.2 混合编码的NSGA-Ⅱ求解
• 5.3.3 结果对比分析
• 5.4 优化软件的设计
• 5.4.1 控制系统结构
• 5.4.2 软件功能实现
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢